专利名称：一种玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法
技术领域：
本发明涉及薄膜成型技术，特别是涉及一种用于制备场发射显示阴极的属于碳膜 生长的技术领域。
背景技术：
由于碳膜甚佳的场发射特性，被广泛地应用于制作场发射阴极，这种阴极可以 用以需要电子流的器件和装置中，如真空微波管，电子加速器，平板显示器等，而 应用于平板显示器中被认为是最有前景的方向。碳膜有多种形态，包括类金刚石薄 膜，碳纳米管，碳颗粒薄膜等，目前应用最多的就是碳纳米管。碳膜目前主要的制 备方法为先在衬底上制作一层铁、钴、镍等催化剂，然后在催化剂上直接生长碳膜， 可以定向生长成所需要的图形。碳纳米管还有一种制备方法是将制成的碳纳米管用 印刷、电镀等方法，在衬底上制作出所需图形。两种方法各有千秋，都被广泛应用， 但要制作碳颗粒和类金刚石薄膜就只能用直接生长法。
在直接生长法中， 一般所需的生长温度都在700'C以上，故多用耐高温的硅片 作为衬底，或直接用催化剂铁片、钴片、镍片等为衬底，成本较大，严重限制其实 际应用的发展。如图1所示是现有技术中以硅片为衬底，带有铁、钴、镍等催化剂 的衬底结构图，ll为硅片衬底，12为催化剂薄膜；图2所示为现有技术中直接以铁 钴镍片催化剂为衬底生长碳膜的结构示意图，21为铁片、钴片或镍片，22为生长的 碳膜。如果在60(TC以下生长，就可以在玻璃衬底上直接生长，但是生长出来的碳 膜质量往往就较差，发射的均匀性不理想，薄膜与衬底的附着力不好，碳膜极易受
损o
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能在 玻璃衬底上低温生长出质量佳、性能好且能满足实际应用的碳膜的，成本低廉，工 艺简单的玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法， 其特征在于，按如下具体制作步骤进行
1) 在玻璃上沉积一层铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、锑、铟等金属薄膜；
2) 在这些金属薄膜上沉积铁、钴、镍、钯等金属薄膜；
3) 然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜，生长碳膜时的衬底温度为400'C ~600°C。
进一步地，所述步骤l)中催化剂的籴属薄膜的厚度为0. lnm至50rnn，所述步 骤2)中金属薄膜的厚度为10nm至50nm。
进一步地，所述步骤l)、步骤2)中的作为催化剂薄膜的金属薄膜可以通过电 子束蒸发，溅射方法制备。
本发明实施例所提供的另一种玻璃衬底上制备坚固碳膜的方法，其特征在于， 按如下具体制作步骤进行
1) 玻璃上沉积铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、锑、铟与铁、钴、镍、钯的合金 或氧化物作为催化剂；
2) 然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜，生长碳膜时的衬底温度为40(TC 600。C。
进一步地，所述步骤1)在制作合金薄膜催化剂时，利用电子束蒸发的真空镀 膜系统，采用多组分共蒸发的方法，可以任意控制薄膜的组分和厚度。 进一步地，所述步骤l)中其合金薄膜厚度为10nm至500nm。
进一步地，所述步骤1)中的催化剂薄膜金属氧化物可以通过电子束蒸发，氧 化气氛溅射，金属热处理等方法制备。
本发明提供的玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法与现有技术相比，具有以下优点-首先解决了一直以来只能在硅片上生长高廣量碳膜的难题，降低了材料成本和工艺 难度；其次可以简单地控制生长碳膜的密度，获得所需形态的碳膜。
图l是现有技术中以硅片为衬底，带有铁、钴、镍等催化剂的衬底结构图2是现有技术中直接以铁钴镍片催化剂为衬底生长碳膜的结构示意图3是本发明的以玻璃为衬底，带有双层金属薄膜的衬底结构图； 图4是本发明的以玻璃为衬底，带有金属与催化剂合金或金属氧化物的衬底结 构图。
具体实施例方式
以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于 限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范 围。
本发明实施例所提供的一种玻璃衬底上制备坚固碳膜的方法，其特征在于，按 如下具体制作步骤进行
1) 在玻璃上沉积一层铬、铂、钼、钽、钛、、锡、铋、锑、铟等金属薄膜；
2) 再在这些金属薄膜上沉积铁、钴、镍、钯；
3) 然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜，生长碳膜时的衬底温度为40(TC 600。C。
本发明实施例所提供的另一种玻璃衬底上制备坚固碳膜的方法，其特征在于，
按如下具体制作步骤进行1) 以铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、锑、铟与铁、钴、镍、钯的合金或氧化物 作为催化剂；
2) 然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜，生长碳膜时的衬底温度为400'C 600。C。
本发明在制作合金薄膜催化剂时，利用电子束蒸发的真空镀膜系统，采用多组 分共蒸发的方法，可以任意控制薄膜的组分和厚度。当先在玻璃上沉积金属，再沉 积催化剂薄膜时，催化剂薄膜的厚度为0. l咖至50nrn，金属薄膜的厚度为10nm至 50mn。当在玻璃上直接沉积金属与催化剂的合金或氧化物时，其厚度为10nm至 500nm。本发明所述的催化剂薄膜金属氧化物可以通过电子束蒸发，氧化气氛溅射， 金属热处理等方法制备。
本发明的核心是改善用以生长碳膜的催化剂薄膜的表面状态及催化剂和玻璃衬
底之间的结合力，即先在玻璃上用电子'束i发或磁控溅射法沉积一层铬、铂、钼、
钽、钛、锡、铋、锑、铟等金属薄膜，厚度为10nm至50nm，再在这些金属上沉积 铁、钴、镍、钯作为催化剂，厚度为0. lnm至50nm，然后用常规的化学气相沉积法 生长碳膜，生长碳膜时的衬底温度为400'C 600'C。如图3所示为以玻璃为衬底， 带有双层金属薄膜的衬底结构图，31为玻璃衬底，32为铬、铂、钼、钽、钛、、锡、 铋、锑、铟等金属薄膜，33为铁、钴、镍或钯等催化剂。由于直接在带有催化剂薄 膜的玻璃上生长出的碳膜与衬底之间的结合力比较小，碳膜容易脱落，而增加了一 层金属薄膜衬底后，情况可以大大改善。
本发明的另一种方法是直接在玻璃衬底上沉积铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、 锑、铟与铁、钴、镍、钯的合金或金属催化剂的氧化物作为催化剂，其厚度为lOnra 至500ntn。然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜。如图4所示为本发明的以玻璃 为衬底，带有金属与催化剂合金或金属氧化物的衬底结构图，41为玻璃衬底，42为 金属与催化剂合金或金属氧化物。
实施例1:
衬底用液晶玻璃，先在玻璃上通过电子束蒸发的方法沉积一层厚度为50nrn的 铂薄膜，再用电子束蒸发的方法沉积0.511111厚的金属镍薄膜作为催化剂，然后在真 空中用热化学气相沉积法制备碳膜。衬底温度为50(TC，气体用乙炔和氨气，压强 为20KPa。
实施例2:
衬底用液晶玻璃，先在玻璃上通过电子束蒸发的方法沉积一层厚度为15nm的 铬薄膜，再用磁控溅射的方法沉积10nm厚的金属钯薄膜作为催化剂，然后在真空 中用热化学气相沉积法制备碳膜。衬底温度为460°C，气体用乙炔和氢气，压强为 20KPa。
实施例3:
衬底用液晶玻璃，先用电子束共蒸发的方法沉积l: l配比的镍铬合金薄膜，然
后在真空中用热化学气相沉积法制备碳膜。衬底温度为550'C，气体用乙炔和氢气， 压强为20KPa。 实施例4:
衬底用液晶玻璃，先在玻璃上通过反应溅射的方法沉积一层厚度为18nm氧化 钯，再在真空中用热化学气相沉积法制备碳膜。衬底温度为500'C,气体用乙炔和 氢气，压强为20KPa。
实施例5:
衬底用液晶玻璃，先在玻璃上用磁控溅射的方法沉积15nm的钯薄膜，再经过 600度的空气中烧结，然后在真空中用热化学气相沉积法制备碳膜。衬底温度为500 °C，气体用乙炔和氢气，压强为20KPa。玻璃并没有软化。
权利要求
1、一种玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法，其特征在于，按如下具体制作步骤进行1)先在玻璃上沉积一层铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、锑、铟中的任何一种金属薄膜；2)再在所述金属薄膜上沉积铁、钴、镍、钯中的任何一种金属的薄膜；3)然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜，生长碳膜时的衬底温度为400℃～600℃。
2、 根据权利要求1所述的玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步骤1)中金属薄膜的厚度为0. lnm至50nm，所述步骤2)中金属薄膜的厚度为10nm 至50nm。
3、 根据权利要求1所述的玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步骤l)、步骤2)中的金属能通过电子束蒸发，溅射方法制备。
4、 一种玻璃衬底上制备坚固碳膜的方法，其特征在于，按如下具体制作步骤进行1) 在玻璃上沉积铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、锑、铟中的任何一种金属与铁、 钴、镍、钯中的合金或其金属氧化物作为催化剂；2) 然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜，生长碳膜时的衬底温度为40(TC^600。C。
5、 根据权利要求4所述的玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步骤1)在制作合金薄膜催化剂时，利用电子束蒸发的真空镀膜系统，采用多组分 共蒸发的方法，能任意控制薄膜的组分和厚度。
6、 根据权利要求4所述的玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步骤1 )中其合金薄膜厚度为lOnm至500nm。
7、根据权利要求4所述的玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法，其特征在于，所述步骤1)中的催化剂薄膜金属氧化物能通过电子束蒸发，氧化气氛溅射，金属热处 理方法制备。
全文摘要
本发明公开一种玻璃衬底上制备牢固碳膜的方法，涉及薄膜成型技术领域；本发明以玻璃为衬底，先在玻璃上沉积一层铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、锑、铟，等金属，再在这些金属上沉积铁、钴、镍、钯，或直接在玻璃上沉积铬、铂、钼、钽、钛、锡、铋、锑、铟等与铁、钴、镍、钯的合金或其金属氧化物作为催化剂，然后用常规的化学气相沉积法生长碳膜。合金薄膜采用电子束共蒸发的沉积装置，可以任意控制合金薄膜的成分；生长碳膜时的衬底温度为400℃～600℃。本发明成功地解决了在玻璃衬底上生长碳膜的牢固度问题及低温条件下生长高质量碳膜的问题，并可以控制生长碳膜的密度。
文档编号C03C17/36GK101182131SQ20061011833
公开日2008年5月21日 申请日期2006年11月14日 优先权日2006年11月14日
发明者缜 华, 曹章轶, 王红光 申请人:上海广电电子股份有限公司