Работа выхода острийных катодов на основе пленок графена на siC



Скачать 41.71 Kb.
Дата01.08.2016
Размер41.71 Kb.
РАБОТА ВЫХОДА ОСТРИЙНЫХ КАТОДОВ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК ГРАФЕНА НА SiC
А.М. Светличный1, О.А. Агеев1, Е.Ю. Волков1, А.С. Коломийцев1,
И.Л. Житяев1, О.Б. Спиридонов2, Р.В. Конакова3, О.Б. Охрименко3

1Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения

347900 Таганрог, Россия



2 Южный Лазерный Инновационно-Технологический Центр, 347900 Таганрог, Россия

3Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина
E-mail: olga@isp.kiev.ua
В настоящее время одним из перспективных направлений в использовании графена и графеноподобных материалов в автоэмиссионной электронике является создание острийных катодов на основе пленок графена на карбиде кремния. Для создания таких катодов оказалось наиболее продуктивным использовать получение графена с помощью сублимационной эпитаксии SiC [1] и современных методов нанотехнологий. Вместе с тем в связи со сложностью данных технологических процессов электрические характеристики таких острийных катодов недостаточно изучены.

Целью настоящей работы является исследование вольт-амперных характеристик (ВАХ) автоэмиссионных катодов на основе пленок графена, выращенных на сильнолегированной подложке n+6H-SiC.

Пленки графена были получены методом термического разложения карбида кремния в вакууме [1]. Подложками служили сильнолегированные азотом с концентрацией примеси ~ 5∙1018 см-3 пластины 6H-SiC. Формирование острийных катодов нанометровых размеров производилось фокусированными ионными пучками с помощью комплекса Nova Nanolab 600.

Фотография, полученная на растровом электронном микроскопе (РЭМ), острийного катода с радиусом закругления вершины острия 40 нм показана на рис.1

Вольт - амперные характеристики (ВАХ) макетов острийных катодов измерялись на сканирующей зондовой нанолаборатории Ntegra Vita при фиксированном межэлектродном расстоянии 5 нм c использованием изготовленного вольфрамового зонда с радиусом закругления 200 нм.

На рис.2а, кривая 1 приведена ВАХ автоэмиссионный катод – зонд. Радиус закругления вершины катода 40 нм. На вставке показана рассчитанная зависимость эмитирующей поверхности катода от напряжения.

На основе геометрических размеров сформированных автокатодов и данных из ВАХ проведено моделирование распределения электрического поля между автоэмиссионным катодом и зондом. По результатам моделирования были рассчитаны напряженность электрического поля и площадь эмитирующей поверхности.

а) б)


Рис. 1. – РЭМ изображения полученных автоэмиссионных катодов: а) – общий вид; б) изображение вершины автокатода.






а)

б)

Рис.2 а)-ВАХ системы автоэмиссионный катод – зонд при межэлектродном расстоянии 5 нм. На вставке - зависимость S=f(U) площади эмитирующей катода поверхности при межэлектродном расстоянии 5 нм; б)- Экспериментальная вольт-амперная характеристика в координатах Фаулера-Нордгейма.


На рис. 2б приведена ВАХ, построенная в координатах Фаулера-Нордгейма , для системы автоэмиссионный катод-зонд.

Видно, что полученная зависимость носит линейный характер, что справедливо для автоэлектронной эмиссии. Тогда в соответствии с уравнением Фаулера-Нордгейма, описывающим автоэлектронную эмиссию, по наклону прямой можно определить работу выхода электронов из острия катода.

В этом случае наклон прямой выражается формулой: , где B = 6.83109 эВ-3/2Вм-1. С учетом этой формулы и рис. 2б величина k-4.57109 Вм-1. Тогда в соответствии с формулой
k=-3/2, соответственно, φ0.76 эВ.

Такая величина работы выхода электронов существенно меньше работы выхода из графена, приведенной в [2] и составляющей ~ 4.3 эВ для одного монослоя и ~ 4.6 эВ для 10 монослоев графена. Проведенная выше оценка φ из измерений ВАХ отличается и от данных по работе выхода электронов из кристаллического графита и карбида кремния [2,3]. Однако полученную в нашем эксперименте величину φ, меньшую, чем для монослоев графена, можно объяснить, если полагать, что источником автоэмиссии может быть наличие нанокластеров графена на острие катода. В пользу нанокластерной природы автоэмиссии из острийных катодов свидетельствует, как это видно из ВАХ, пороговая величина электрического поля и тока автоэлектронной эмиссии, которые в нашем эксперименте оказались существенно ниже, чем для обычных острийных катодов.

Таким образом, приведенные результаты показали, что на основе нанокластерных пленок графена, полученных на острийной поверхности сильнолегировнного n+SiC методом сублимационной эпитаксии, возможно формирование низкопороговых автоэмиссионных катодов со сравнительно низкой работой выхода электронов из покрытых графеном острийных катодов.
Библиографический список

1. А.А. Лебедев, И.С. Котоусова, А.В. Лаврентьев, С.П. Лебедев, П.А. Дементьев, В.Н. Петров, А.Н. Смирнов, А.Н. Титков. Исследование пленок мультиграфена, получаемых на поверхности SiC методом сублимации // ФТТ. 2010. т.52(4). С.799-805

3.H Hibino, H Kageshima and M Nagase. Epitaxial few-layer graphene: toward single crystal growth // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V.43, 374005-1-14

4. В.С.Фоменко. Эмиссионные свойства материалов. Справочник. Киев. Наукова думка.1981


Сведения об авторах

Светличный Александр Михайлович – к.т.н., доцент, дата рождения: 29.11.1941г

Агеев Олег Алексеевич – д.т.н., профессор, дата рождения: 05.02.1966г.

Житяев Игорь Леонидович – аспирант, дата рождения: 17.09.1991

Коломийцев Алексей Сергеевич - к.т.н., доцент, дата рождения: 11.07.1985

Волков Евгений Юрьевич - к.т.н., дата рождения: 04.06.1986

Спиридонов Олег Борисович - к.т.н., дата рождения: 27.09.1973

Конакова Раиса Васильевна - д.т.н., профессор, дата рождения:04.08.1941

Охрименко Ольга Борисовна – к.ф.-м.н., с.н.с., дата рождения 14.10.1963

Вид доклада: устный (/ стендовый)









Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница