炮筒结构的立体薄膜场发射平板显示器阴极的制作方法

摘要

本发明属于平板显示器件技术领域，具体涉及一种炮筒结构的立体薄膜场发射平板显示器阴极的制作方法，本发明制备的炮筒结构电子发射源包括内层低功函数金属电极，中间层氧化物绝缘层、外层金属电极。具有器件有效发射面积大，电子聚焦能力强，驱动电压低等优点，特别适于大屏幕高清晰度电视，阵列式电子加工设备及检测装置。

说明书

技术领域

本发明属于显示器件技术领域，特别涉及一种炮筒结构的立体薄膜场发 射平板显示器阴极的制作方法。

背景技术

电子发射型平板显示器件包括金属微尖型场发射显示器件(FED)、表面 传导发射显示器件(SED)、真空荧光显示器件(VFD)和各类金属-绝缘体-金属 (MIM)或金属-绝缘体-半导体-金属(MISM)结构的场发射平板显示器件。

金属-绝缘体-金属(MIM)结构作为一种场发射阴极的研究历史可以追 溯到1930年代，但直到1990年代才有人将其成功的应用在FED中。最具 代表的是日本日立公司于1997年用阳极氧化方法制作成了MIM阴极FED。 其制作流程如下：先在玻璃基底上沉积铝膜，光刻形成行电极。用阳极氧化 的方法在其上形成一层厚度为10nm左右的三氧化二铝薄膜，然后溅射沉积 和光刻出厚度为6nm左右的Ir-Pt-Au列电极。阳极板是涂有荧光粉和透明 导电膜的玻璃。经过封装和排气后，最终制成FED器件。当极间电场达到 1V/nm时，发射电流达到5mA/cm²，可以满足显示的要求。定义发射电流和 极间传输的二极管电流之比为发射率，其值为0.3％左右。

这种结构存在两个致命的弱点。

一、是驱动电压和器件电容之间的矛盾，绝缘层薄则驱动电压低，一般 绝缘层厚度在20纳米范围之内，因此器件电容比较大，导致显示器件面积 不能太大。上述结构只适合于小尺寸显示器。

二、是由于绝缘层中电场太高，容易形成所谓的″形成″结构，即形成一 些金属丝状物，使得器件容易击穿，因此寿命较短，实用化受到限制。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，从电子发射单元的结构入 手，提出一种炮筒结构的立体薄膜场发射平板显示器阴极的制作方法。本发 明制备的立体薄膜场发射平板显示器阴极具有器件有效发射面积大，电子聚 焦能力强，驱动电压低等优点，特别适于大屏幕高清晰度电视。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)在SiO₂基底上通过光刻匀胶工艺涂覆光刻胶；

2)采用掩膜板光刻，显影在涂覆有UV光刻胶的SiO₂基底上得到光刻 胶图形阵列；

3)将步骤2)的SiO₂基底通过深干法刻蚀得到SiO₂柱状阵列；

4)通过溅射沉积或热蒸镀工艺在步骤3)的SiO₂基底上制备内层金属 电极，中间层氧化物绝缘层、外层金属电极；

5)采用有机溶剂丙酮或酒精将SiO₂柱顶部的光刻胶溶解并将其上的三 层薄膜剥离，露出柱状SiO₂顶部；

6)再次采用与步骤3)相同的深干法刻蚀将SiO₂柱状阵列刻蚀掉，从 而形成具有三层薄膜结构的炮筒状立体薄膜场发射电子源阵列；

7)采用丝网印刷法印制纵横总线电极，并在纵横总线电极的交叉点上 用丝网印刷法印制绝缘层隔离。

所述的炮筒形状为圆柱形、方柱形或六棱柱形。

所述步骤1)采用匀胶工艺将EPG533紫外光固化正胶均匀旋涂于SiO₂基底之上，旋涂一级转速为300r/min，时间为10s；二级转速为1000r/min， 时间为6s，得到的光刻胶厚度为2um，在90℃热板前烘干。

所述步骤2)将涂覆有EPG533光刻胶的SiO₂基底，采用紫外光刻10s，并 用质量浓度为5‰NaOH水溶液显影，得到光刻胶图形阵列，其中掩膜板为 正方形的图形阵列，正方形的边长为20微米，其间距同样为20微米。

所述步骤3)通过深干法刻蚀得到SiO₂柱状阵列，其中刻蚀气体为SF₆，流 量为100sccm，钝化气体采用C₄F₈，流量为100sccm，刻蚀功率700W，刻蚀 时间为21min，刻蚀深度为30um。

所述步骤4)磁控溅射沉积制备内层金属电极，中间层SiO₂绝缘层、外 层金属电极，溅射功率为500W，氩气流量为20sccm，溅射时间分别为1min， 30min和10min，对应的薄膜厚度分别为25nm，85nm和250nm，所述的金属 电极为Pt、Pd、Au、Ag或Cu。

所述步骤5)将溅射后的样品浸泡在丙酮或酒精中，并在超声清洗机中 震荡，将SiO₂柱顶部的光刻胶溶解并将其上的三层薄膜剥离，露出柱状SiO₂顶部，超声功率200W，震荡时间10min。

本发明制备的炮筒结构电子发射源包括内层金属电极，中间层氧化物绝 缘层、外层金属电极。本发明具有器件有效发射面积大，电子聚焦能力强， 驱动电压低等优点，特别适于大屏幕高清晰度电视，阵列式电子加工设备及 检测装置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1-图6为的炮筒立体场发射显示器件阴极的制造流程中的结构示意 图，其中，每组图中的图(b)为图(a)的A-A剖视图；

图7是本发明掩膜板的结构示意图。

具体实施方式

本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤一：参照图1，采用匀胶工艺将EPG533紫外光固化正胶均匀旋涂于 SiO₂基底之上，旋涂一级转速为300r/min，时间为10s；二级转速为1000r/min， 时间为6s。得到的光刻胶厚度为2um左右。将其置于90℃热板前烘2min。

步骤二：参照图2，将涂覆有EPG533光刻胶的SiO₂基底，采用紫外光刻 10s，并用质量浓度为5‰NaOH水溶液显影，得到如图2所示的光刻胶图形阵 列，参见图7，其中掩膜板为正方形的图形阵列，正方形的边长为20微米， 其间距同样为20微米。

步骤三：参照图组3，通过深干法刻蚀得到SiO₂柱状阵列。刻蚀气体采 用SF₆，流量为100sccm，钝化气体采用C₄F₈，流量为100sccm，刻蚀功率700W， 刻蚀时间为21min，刻蚀深度为30um。

步骤四：参照图组4，通过溅射沉积或热蒸镀工艺在步骤3)的SiO₂基 底上制备内层金属电极，中间层氧化物绝缘层、外层金属电极；

磁控溅射沉积制备内层Au电极，中间层SiO₂绝缘层、外层Au电极。溅 射功率为500W，氩气流量为20sccm，溅射时间分别为1min，30min和10min， 对应的薄膜厚度分别为25nm，85nm和250nm。

步骤五：参照图组5，将溅射后的样品浸泡在丙酮中，并在超声清洗机 中震荡，将SiO₂柱顶部的光刻胶溶解并将其上的三层薄膜剥离，露出柱状 SiO₂顶部。超声功率200W，震荡时间10min。

步骤六：参照图组6，再次采用与步骤三相同的深干法刻蚀将SiO₂柱状 阵列刻蚀，从而形成具有三层薄膜结构的炮筒状立体薄膜场发射电子源阵 列。

步骤七：采用丝网印刷法印制纵横总线电极，并在纵横总线电极的交叉 点上用丝网印刷法印制绝缘层隔离。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但发明并不局限于 上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而 不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发 明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于 本发明保护之列。