Структурирование поверхности тонких углеродных пленок в ходе активации импульсами тока микросекундной длительности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние токовой активации электрическим импульсным пробоем на изменения морфологии поверхности и эмиссионные характеристики автоэмиссионного катода, выполненного на основе углеродных пленок, полученных осаждением в СВЧ-плазме газового разряда. Была проведена токовая активация данных пленок при приложении импульсов напряжения микросекундной длительности до возникновения электрического пробоя. Показано, что в ходе активации происходит изменение морфологии поверхности пленки в области пробоя с образованием микроразмерной эмитирующей структуры, которая значительно улучшает автоэмиссионные характеристики катодов на основе углеродных пленок.

Об авторах

Д. В. Нефедов

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nefedov_dv@rambler.ru
Россия, Саратов

Н. О. Шабунин

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: nefedov_dv@rambler.ru
Россия, Саратов

Д. Н. Браташов

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: nefedov_dv@rambler.ru
Россия, Саратов

Список литературы

  1. Egorov N.V., Sheshin E.P. Carbon-Based Field Emitters: Properties and Applications // Topics in Applied Physics. 2020. V. 135. P. 449–528. https://doi.org/10.1007/978-3-030-47291-7_10.
  2. Шешин Е.П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов. М.: Изд-во МФТИ, 2001. 288 с.
  3. Образцов А.Н., Павловский И.Ю., Волков А.П. Автоэлектронная эмиссия в графитоподобных пленках // ЖТФ. 2001. Т. 71. Вып. 11. С. 89–95.
  4. Wächter R., Cordery A., Proffitt S., Foord J. Influence of film deposition parameters on the field emission properties of diamond-like carbon films // Diamond and Related Materials. 1998. V. 7. № 5. P. 687–691. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(97)00279-3.
  5. Xiomara C., Huaizhi G., Bo G., Lei A., Guohua C., Otto Z. A carbon nanotube field emission cathode with high current density and long-term stability // Nanotechnology. 2009. V. 20. № 32. P. 325–707. https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/32/325707.
  6. Vink J., Gillies M., Kriege J.C. Enhanced field emission from printed carbon nanotubes by mechanical surface modification // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. № 17. P. 3552–3554. https://doi.org/10.1063/1.1622789.
  7. Weihua L., Xin L., Changchun Zh. Improving the emission characteristics of a carbon nanotube cathode in an aging process // Ultramicroscopy. 2007. V. 107. № 9. P. 833–837. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2007.02.015.
  8. Guo P.S., Chen T., Chen Y.W., Zhang Z.J., Feng T., Wang L.L., Lin L.F, Sun Z., Zheng Z.H. Fabrication of field emission display prototype utilizing printed carbon nanotubes/nanofibers emitters // Solid-State Electronics. 2008. V. 52. № 6. P. 877–881. https://doi.org/10.1016/j.sse.2008.01.023.
  9. Bobkov A.F., Davidov E.V., Zaitsev S.V., Karpov A.V., Kozodaev M.A., Nikolaeva I.N., Popov M.O., Skorokhodov E.N., Suvorov A.L., Cheblukov Yu.N. Some aspects of the use of carbon materials in field electron emission cathodes // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 2001. V. 19. № 32. P. 32–38. https://doi.org/10.1116/1.1340017.
  10. Li J.J., Gu C.Z., Peng H.Y., Wu H.H., Zheng W.T., Jin Z.S. Field emission properties of diamond-like carbon films annealed at different temperatures // Applied Surface Science. 2005. V. 251. № 1–4. P. 236–241. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.03.102.
  11. Gröning O., Küttel O. M., Schaller E., Gröning P., Schlapbach L. Vacuum arc discharges preceding high electron field emission from carbon films // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69. № 4. P. 476–478. https://doi.org/10.1063/1.118145.
  12. Gröning O., Küttel O.M., Schaller E., Gröning P., Schlapbach L. Field emission from DLC films // Applied Surface Science. 1997. V. 111. P. 135–139. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(96)00713-1.
  13. Evtukh A., Litovchenko V.G., Semenenko M., Yilmazoglu O., Mutamba K., Hartnagel H., Pavlidis D. Formation of conducting nanochannels in diamond-like carbon films // Semiconductor science and technology. 2006. V. 21. P. 1326–1330. https://doi.org/10.1088/0268-1242/21/9/018.
  14. Semenenko M., Okrepka G., Yilmazoglu O., Hartnagel H., Pavlidis D. Electrical conditioning of diamond-like carbon films for the formation of coated field emission cathodes // Applied Surface Science. 2010. V. 257. № 2. P. 388–392. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.06.089.
  15. Jarvisa J.D., Andrews H.L., Brau C.A., Choi B.K., Davidson J., Kang W.P., Wong Y.M. Uniformity conditioning of diamond field emitter arrays // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 2009. V. 27. P. 2264. https://doi.org/10.1116/1.3212915.
  16. Dennison J.R., Holtz M., Swain G. Raman Spectroscopy of Carbon Materials // Journal Articles. 1996. V. 11. № 8. P. 38–45.
  17. Cançado L.G., Takai K., Enoki T., Endo M., Kim Y.A., Mizusaki H. et al. General equation for the determination of the crystallite size L a of nanographite by Raman spectroscopy // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. № 16. P. 163106.
  18. Эйдельман Е.Д., Архипов А.В. Полевая эмиссия из углеродных наноструктур: модели и эксперимент // Успехи физических наук. 2020. Т. 190. № 7. С. 693–714. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.06.038576
  19. Нефедов Д.В., Яфаров Р.К. Импульсный вакуумно-плазменный пробой при сильноточной автоэмиссии планарно-торцевых наноалмазографитовых катодов // Тезисы докладов XV Всероссийской конференции молодых ученых “Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика”. СФ ИРЭ им. В.А. Котельникова. РАН. Саратов, 2020. С. 184–185.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Возникновение экстремального первоначального тока на образце с сопротивлением 29 кОм (а), начало протекания тока, точки — экспериментальные данные, сплошная линия — аппроксимация экспоненциальной зависимостью (б)

Скачать (141KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оптическая микроскопия области первоначального пробоя (а) и электронная микроскопия участка первоначального пробоя с фокусировкой на поверхностных образованиях (б). Образец с сопротивлением 29 кОм

Скачать (717KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Оптическая микроскопия области первоначального пробоя (а) и электронная микроскопия участка первоначального пробоя с фокусировкой на поверхностных образованиях (б). Образец с сопротивлением 230 кОм

Скачать (871KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры комбинационного рассеяния света для трех образцов с сопротивлениями: 1 – 29 кОм, 2 – 72 кОм, 3 – 230 кОм (а); отношение интенсивностей полос D и G (б)

Скачать (223KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ВАХ образцов различных сопротивлений до возникновения пробоев: 1 – 29 кОм, 3 – 72 кОм, 5 – 230 кОм, и после: 2 – 29 кОм, 4 – 72 кОм, 6 – 230 кОм (а); изменение максимального тока после пробоя в зависимости от сопротивления образца (б)

Скачать (196KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Оптическая микроскопия поверхности пленки после пробоя (а), электронная микроскопия массива поверхностных образований (б). Образец с сопротивлением 29 кОм

Скачать (826KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024