[发明专利]一种提高氧化钨纳米材料薄膜场发射特性的原位等离子体辉光处理方法

权利要求书

1.一种提高氧化物纳米材料薄膜场发射特性的原位等离子体辉光处理方法，包括以下步骤： 

(1)首先在高真空腔中，将氧化物纳米材料薄膜作为场发射结构的阴极，涂覆荧光粉的荧光屏作为阳极，然后在阴-栅或阴-阳极两极之间施加高电压，使纳米材料薄膜出现场致电子发射，然后保持其电场强度不变，连续处理样品一段时间，以烧毁某些高度较大的纳米线，使整个样品中的纳米线的高度基本趋于一致； 

(2)惰性气体等离子体处理：将一定流量的惰性气体引入高真空腔中，使真空腔中维持一定的工作气压，在场发射结构两端施加一定的强电场，从而使惰性气体在场发射结构的阴阳两极之间形成等离子体辉光放电，然后固定电场强度不变，对场发射过程中的氧化物纳米材料薄膜进行连续原位处理，利用惰性气体原子或离子的质量大的特征，轰击其纳米材料表面的氧化层，使其氧化层的厚度迅速减薄并进一步使纳米材料的高度趋于均匀，最后关闭惰性气体，再次恢复系统的高真空度； 

(3)化学性质活泼的还原性气体等离子体处理：将一定流量的还原性气体引入高真空腔中，让高真空腔保持一定的工作气压，在场发射结构两端施加一定的强电场，使还原性气体在场发射器件的阴阳两极之间形成等离子体辉光，然后对场发射过程中的氧化物纳米材料薄膜进行恒定电场下的连续处理，利用还原性气体的原子或离子的强还原作用将其表面的非晶氧化层还原为与其内部氧化物纳米结构相同的单晶结构，然后关闭还原性气体，再将还原性气体抽离高真空腔，重新恢复系统的高真空度； 

(4)上述惰性气体和还原性气体原位等离子体处理1次或循环重复进行若干次，直至原位观察中的样品获得场发射均匀的发射图像。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧化物纳米材料包括氧化钨纳米材料，或氧化钼，或氧化铁，或氧化铜等具有多种价态结构的氧化物纳米材料。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述场发射结构包括场发射二极结构和带栅结构等。 

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中的惰性气体包括Ar气，还包括化学性质稳定，原子质量较大的其它惰性气体，如N₂、Kr、Xe和Rn等。 

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中的还原性气体不仅包括 H₂气，还包括化学性质活泼的其它还原性气体，如H₂S、NH₃和B₂H₆等。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2惰性气体等离子体处理技术中，其中的惰性气体的工作气压为5×10^-3-3×10^-2Pa，恒定电场强度以低于纳米材料薄膜所能承受最大电流密度(1/4-1/3)所对应的电场强度为宜，惰性气体的流量为20sccm-500sccm，每次恒压处理时间为0.5-2h。 

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3的H₂还原性气体等离子体处理技术中，其中还原性气体的工作气压为5×10^-3-3×10^-2Pa，处理时的电场强度同样以低于纳米材料薄膜所能承受最大电流密度(1/4-1/3)所对应的电场强度为宜，还原性气体的流量为20sccm-500sccm，每次恒压处理时间仍为0.5-2h。 

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每次完成原位等离子体处理后高真空腔中的真空度需优于2×10^-4Pa。 

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中的恒压处理的时间为0.5-2h，其处理过程中电流密度须比纳米材料能承受最大电流密度低1/4-1/3。 

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中原位等离子体处理的循环次数为1-5次。