利用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(MPECVD)技術(shù)在鍍有過渡層金屬M(fèi)o 的Al2O3 陶瓷基底上制備了非晶碳/Mo2C 復(fù)合薄膜，研究了基底預(yù)處理對所制備薄膜的場發(fā)射特性的影響。結(jié)果表明，在同一條件下利用金剛砂研磨處理的樣品具有比較好的場發(fā)射特性，利用W20 金剛砂處理后制備的樣品具有最好的場發(fā)射特性，其開啟電場低(0.74 V/μm)，同一電場(2.59 V/μm)下場發(fā)射電流密度最大(12.7 A/cm2)而且發(fā)光點(diǎn)分布均勻。

　　發(fā)光型和受光型顯示器件 的效率是決定其應(yīng)用的關(guān)鍵因素，對于發(fā)光型顯示器件來說，具有優(yōu)良發(fā)光性能的陰極是顯示器件的核心因素。研究人員一直致力于陰極材料選取和制備工藝的研究，以提高其場發(fā)射特性。國內(nèi)外報道碳基材料中的非晶碳薄膜具有很好的場發(fā)射性能，其開啟電場低，場發(fā)射電流密度大，介電常數(shù)小，而且化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，可以作為發(fā)光型顯示器件的陰極材料。為了提高顯示器件的均勻性以及分辨率，陰極材料電子發(fā)射的均勻性以及點(diǎn)密度需要提高，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為一般可以通過選擇過渡層、改變沉積條件和表面修飾來實(shí)現(xiàn)，而基底進(jìn)行表面預(yù)處理對在其表面制備的薄膜的場發(fā)射的性能的影響需要進(jìn)一步的研究。

　　本文采用機(jī)械研磨方法對Al2O3 陶瓷襯底進(jìn)行預(yù)處理，采用直流磁控濺射技術(shù)在基底上濺射Mo 過渡層，隨后在微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積(MPECVD)系統(tǒng)中沉積非晶碳薄膜，研究了不同粒度金剛砂研磨基底對所制備樣品的場發(fā)射性能的影響。

　　2、實(shí)驗(yàn)

　　依次用去離子水、丙酮、酒精將Al2O3 陶瓷基底超聲清洗15 min，然后用不同粒度的金剛砂對陶瓷表面進(jìn)行機(jī)械研磨，將研磨后的陶瓷片再按照上面步驟進(jìn)行超聲清洗。根據(jù)過渡層對薄膜的場發(fā)射性能的影響，在CS-300 直流磁控濺射系統(tǒng)中濺射Mo 作為過渡層，濺射過程中，本底真空為1.5×10^-3 Pa，襯底溫度為350 ℃，工作壓強(qiáng)為0.75 Pa，濺射時間為15 min，濺射電壓為230 V，濺射電流為2 A。最后在MPECVD 系統(tǒng)中沉積非晶碳薄膜，沉積條件為：微波功率1700 W，工作壓強(qiáng)6.2 kPa，氣體源H2 和CH4 流量分別保持為100 sccm 和10 sccm，襯底溫度約為800 ℃，反應(yīng)時間為4 h。文中對基底未進(jìn)行機(jī)械研磨處理、用型號為W63、W40、W20(粒度分別為63 μm，40 μm，20 μm) 的金剛砂進(jìn)行研磨處理后所制備的樣品分別標(biāo)記為樣品1、2、3 和4。

　　薄膜的場發(fā)射實(shí)驗(yàn)用二極管結(jié)構(gòu)，陽極為表面涂敷有熒光粉的ITO 導(dǎo)電玻璃，陰極為所制備的薄膜(1.5×1.5 mm²)，厚度為270 μm 的帶孔云母片作為絕緣層，在高于5×10^-5 Pa 的高真空環(huán)境中進(jìn)行測試，場發(fā)射過程中的發(fā)光現(xiàn)象用CCD方法記錄觀測。薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、成分可用XRD、Raman、金相顯微鏡、SEM 和能譜進(jìn)行分析。

　　3、結(jié)果和分析

　　圖1 為沉積薄膜之前濺射Mo 過渡層的基底的20 倍金相顯微鏡圖片，可以看出，經(jīng)過研磨的襯底表面突起分布均勻，未經(jīng)研磨的襯底表面突起顆粒較大，而且分布不均。

圖1 研磨和未研磨襯底形貌

　　研磨后的襯底表面突起相對都比較均勻，但是隨著粒度的增加，表面突起尺寸逐漸增大，用W20 金剛砂研磨的沉底表面顆粒最小，分布最為均勻。經(jīng)W40、W63 研磨的襯底表面顆粒較大，而且分布不均勻，Al2O3 基底表面還有部分裸露。可能原因就在于粒度越小，金剛砂在基底表面進(jìn)行的研磨越充分，從而在表面形成的粗糙度和形核中心越小，從而基底表面的Mo 顆粒越小。

　　4、結(jié)論

　　以金屬M(fèi)o為過渡層，利用MPECVD方法制備了非晶碳/Mo2C 復(fù)合薄膜，通過對Al2O3 基底進(jìn)行研磨處理，提高了表面的增強(qiáng)因子，使所制備樣品的場發(fā)射特性得到提高，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件下，以W20金剛砂研磨基底所制備的薄膜場發(fā)射特性最好，其發(fā)光點(diǎn)均勻，開啟電場為0.74 V/μm，2.03 V/μm電場下場發(fā)射電流密度最大3.2 A/mm²，可以作為場發(fā)射陰極材料，從基底預(yù)處理角度研究了提高場發(fā)射陰極材料的性能的途徑。