碳纳米管场发射特性及其在平板显示中的应用

近年来，显示产品的市场份额逐年增加，已经与IC市场相当，是电子行业的一个支柱产业。1998年世界上显示产品的市场份额为426亿美元，占整个光电子产品市场的30.3%。随着科学技术的发展，显示器正在走向平面化，平板显示器逐渐成为显示产品的主流。在各种平板显示器中，目前只有场致发射显示器（Field Emission Display，FED）的图像显示质量可以达到或超过传统阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）的水平。FED具有体积小，亮度高，视角大，分辨率高，工作温度范围大，功耗低的特点，将来有望在显示市场上占据比较大的份额。FED的工艺已经成熟，但是产品成本比较高，工艺设备比较复杂，研究人员正在把FED的阴极从传统的硅尖、Mo尖向平面薄膜发展，如金刚石膜、非晶碳膜等。近期研究表明，碳纳米管薄膜作为FED的冷阴极具有十分突出的优势。

碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）阴极技术的出现解决了FED制造成本的问题。碳纳米管具有优良的场致发射特性（其中包括FED对阴极所要求的发射的一致性、稳定性和高的发射点密度），尤为适于制作新型平板显示器。使用定向排列的CNT薄膜作为阴极的FED具有成本低，工艺简单，可靠性高的特点，可以用来制作点阵式显示器、数码管等各种显示装置，特别适用于军用仪器仪表用显示装置和家电显示装置，将在计算机显示器和壁挂电视领域占有很大的市场份额。

该项目的主要资金来源是国家自然科学基金重点项目和面上项目，教育部博士点基金，西安交通大学行动计划重大和重点项目。

西安交通大学真空微电子与微电子机械研究所朱长纯教授领导的研究小组是国进行碳纳米管场致发射显示器的研制与开发的主要单位，已经取得了重大的进展。二OOO年七月份成功制作出了点阵式碳纳米管场致发射显示器样管，寿命测试从2000年7月3日开始，现在已经连续无故障工作超过4000小时。该显示器亮度较高，工作电压低（约为180V），功耗极低（单象素连续工作功耗约为0.6m），有望成为电子仪表、家电上使用的真空荧光显示器的更新换代产品。

该碳米管场致发射显示器的具体性能指标如下：连续无故障工作时间目前已超过4000小时；亮度：像素亮度＞2×104cd/m2（测试条件：二极管结构，阴阳极电压为500V）；像素尺寸为0.4×0.4mm2；功耗5.57mW/mm2（以800×600的14英寸显示器为例，功耗约为4W）；工作电流：3μA/像素；响应速度为微秒数量级；工作温区-45°C～85°C；视角接近180o。