[发明专利]一种场发射冷阴极及其制造方法

说明书

一种场发射阴极的制造方法，所述方法包括：提供导电基板；在所述导电基板上涂覆石墨烯纳米片；在所述石墨烯纳米片表面沉积六方氮化硼纳米片。通过在导电基板上涂覆石墨烯纳米片，在所述石墨烯纳米片的表面沉积六方氮化硼纳米片，使得六方氮化硼纳米片与石墨烯纳米片之间形成稳定的复合纳米结构，降低了石墨烯的功函数，增加了石墨烯表面的局域电场，从而明显降低阴极的开启电场，提高其发射电流。并且，六方氮化硼纳米片部分阻止了石墨烯受到阳离子的轰击，提高了阴极的发射稳定性。

技术领域

本发明属于真空电子器件领域，尤其涉及一种场发射冷阴极及其制造方法。

背景技术

真空电子器件，如微波管、X射线管、电子推进及电荷控制器件等，是通讯、空间技术、安全检测、医疗成像等领域中的关键部件。真空电子器件的核心部件是阴极，目前主要采用金属热阴极。然而，金属热阴极存在体积大、热辐射功耗大、开启时间长、高温下材料蒸发等缺陷，限制了真空电子器件向微型化和集成化方向发展。

近年来，基于各种一维/二维纳米材料的场致发射冷阴极得到了国内外研究者的广泛关注和研究，其纳米级尖端上的电子可以在电场作用下发生隧穿效应，理论上可以形成极大的电流。比如，二维碳纳米材料石墨烯具有巨大的尺寸厚度比和丰富发达的边缘结构，可以作为有效的电子发射地址，再加上其优异的导电特性和热传导特性，以及非常稳定的机械化学性能，是非常有前途的场发射纳米材料之一。相比于热阴极，场发射阴极具有室温工作、快速响应、低功耗、可微型化等优势，应用于真空电子器件可以优化结构，获得优异的功率和频率特性。然而，现有的纳米材料场发射阴极存在发射电流和电流密度小，发射稳定性差等问题，无法满足高性能器件应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种场发射阴极的制造方法，以解决现有技术中纳米材料场发射阴极存在发射电流和电流密度小，发射稳定性差等问题，无法满足高性能器件应用的要求的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种场发射阴极的制造方法，所述方法包括：

提供导电基板；

在所述导电基板上涂覆石墨烯纳米片；

在所述石墨烯纳米片表面沉积六方氮化硼纳米片。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述在所述导电基板上涂覆石墨烯纳米片步骤包括：

通过电泳沉积的方法将所述石墨烯纳米片涂覆在所述导电基板，或者通过微波等离子体增加化学气相沉积的方法将所述石墨烯纳米片涂覆在所述导电基板。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述通过电泳沉积的方法将所述石墨烯纳米片涂覆在所述导电基板步骤包括：

配置石墨烯电泳液：将石墨烯纳米片与可溶性金属无机盐加入有机溶剂中，通过超声波分散器进行分散；

将所述导电基板分别作为阴极和阳极放入所述石墨烯电泳液，在所述阴极与阳极连接至电源通电，在所述阴极的导电基板沉积所述石墨烯纳米片。

结合第一方面的第二种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述电源的电压为100-200V，在石墨烯电泳液中沉积的时间为1-10分钟。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述通过微波等离子体增加化学气相沉积的方法将所述石墨烯纳米片涂覆在所述导电基板步骤具体为：

将涂覆有催化剂金属层的导电基板放入石英容器中，在保护气氛围环境下加热所述导电基板至预定温度并持续第一时长，再通入乙炔与氢气的混合气体反应第二时长，在所述导电基板上生成得到石墨烯纳米片。

结合第一方面的第四种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，所述催化剂金属层为镍层、钴层或者铁层，所述催化剂金属层的厚度为100-300纳米。