Carbon nanotube (CNT) is considered among the most promising materials for field emission due to their high aspect ratio, exceptional mechanical strength, high thermal and electrical conductivities; and good chemical resistance. CNT is being used in various areas such as field emission display (FED), high-resolution electron beam instruments, and miniature X-ray devices due to its aforementioned outstanding properties. In spite of such superb characteristics, the realization of CNT emitter has been limited due to the stability issues of the CNT emitters during field emission, such as destruction of the CNT emitters by sputtering, excessive joule heating, residual gases, and vacuum breakdown.
The critical issue nowadays in the development of CNT emitters is to find a method to solve the problem related to the destruction of the CNT emitters due to the arcing, which is an inevitable factor in the field emis-sion at high electric field. Furthermore, the breakdown event is likely to be an irreversible process and is cata-strophic from both the operational and financial point of view, because it might severely damage the emitter (cathode). So the future performance of the CNT emitter will almost certainly be permanently impaired.
To overcome the problem related to vacuum breakdown, high stable carbon nanotube (CNT) emitters that can endure intense arcing (vacuum breakdown) have been developed. The CNT emitters/cathodes are fabricated on the flat copper tip using metal binders (a mixture of silver, copper and indium) at relatively high temperature (900 ˚C). During electrical treatment based on vacuum breakdown and electrostatic force, field emission properties and the morphologies of the CNT emitters were remarkably improved and the data were recorded. The CNT emitters show remarkable stability against vacuum breakdowns after electrical treatment due to the strong adhesion with substrate as a result of good wettability of the metal binders. The degree of uniformity and repeatability of current density-electric field (J-E) curves was unprecedentedly excellent in spite of intense vacuum breakdowns. The outstanding stability of the CNT emitters were attributed to many parameters such as coating morphology of CNT, fabrication temperature, type of metal binders, wettability of metal binders with substrate, and shape of the substrate.
탄소나노튜브는 높은 측면비율, 뛰어난 기계적 강도, 높은 열 및 전기적 전도성과 높은 화학적 안정성 때문에 전계방출의 여러 유망한 물질 중에도 가장 주목을 받고 있다. 이러한 우수한 특징 때문에 탄소나토튜는 전계방출 디스플레이(FED), 고배율 전자빔 장치와 소형 X-선 장치 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 하지만 이러한 우수한 특성에도 불구하고, 탄소나노튜브 전계방출원의 실용화는 전계방출 시 스퍼터링, 과도한 줄열(Joule heating), 내부 기체와 방전에 의한 탄소나노튜브 전계방출원의 파괴 등 탄소나노튜브 전계방출원의 안정성 문제 때문에 제한되어 왔다. 특히 방전에 의한 탄소나노튜브 전계방출원의 파괴는 개발과 운영적인 측면에서 모두 큰 심각성을 주고 있다.
그래서 현재 탄소나노튜브 전계방출원 개발의 주된 이슈는 전계방출 도중 고전기장 분위기에서 피할 수 없는 요소인 방전의 의한 탄소나토튜브 전계방출원의 파괴를 해결하는 방법을 찾는 것이다. 왜냐하면, 이러한 방전 현상은 전계방출원에 심각한 피해를 주어, 운영적 재정적으로 심각한 손해와 돌이킬 수 없는 파괴를 가지고 오기 때문이다. 또한 이러한 방전 후 현재의 탄소나토튜브 전계방출원의 경우 성능이 심각하게 떨어진다.
이러한 문제점 극복을 위해, 강한 방전에도 잘 견디어 내는 고안정성 탄소나노튜브 전계방출원을 개발하였다. 이러한 탄소나노튜브 전계방출원은 900℃의 고온에서 금속 접착제를 이용하여 구리 기판 상에 제작되었다. 이러한 탄소나노튜브 전계방출원들의 전계방출특성과 구조는 방전과 전자기적 힘을 이용한 전기적 처리법 동안 현저히 향상되고 그 결과는 기록되었다. 금속 접착제의 뛰어난 젖음성으로 인한 기판과의 강한 접착 때문에 전기적 처리 후 탄소나노튜브 전계방출원은 방전에 대해 뛰어난 안정성을 보인다. 또한 전계방출특성의 재현성 및 균일도는 강한 방전에도 불구하고 훌륭한 결과를 보인다. 이러한 뛰어난 안정성은 탄소나노튜브의 코팅 구조, 제작 온도, 금속 접착제의 종류, 금속 접착제와 기판과의 젖음성과 기판의 모양 등 다양한 요소를 고려하여 구현되었다.
