Автоэлектронная эмиссия из углеродных материалов

• Автор: Волков, Александр Павлович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил

Автоэлектронная эмиссия из углеродных материалов

Введение
Глава 1 (Обзор литературы) Автоэлектронная эмиссия и структурно морфологические свойства углеродных материалов.

§ 1 Некоторые сведения о автоэлектронной эмиссии из металлов и полупроводников.

§2 Отрицательное сродство и автоэлектронная эмиссия в алмазных материалах.

§3 Усиление напряженности электрического поля на геометрических неоднородностях и ее влияние на эффективность автоэлектронной эмиссии в алмазных пленках.

§4 Автоэлектронная эмиссия из углеродных пленок с аморфной

структурой.
§5 Автоэлектронная эмиссия из углеродных материалов с графитоподобным типом межатомных связей.

§6 Автоэлектронная эмиссия из углеродных нанотрубок.

Глава 2. Методика эксперимента.

§ 1. Приготовление образцов.
1.1 Установка для газофазного осаждения углеродных пленок.
1.2. Приготовление подложек для осаждения углеродных пленок.
1.3. Режимы осаждения.
§2. Измерение характеристик автоэлектронной эмиссии.
§3. Методы определения фазового состава и структурно-морфологические исследования углеродных пленок.
3.1 Комбинационное (Рамановское) рассеяние света.
3.2 Исследование морфологических особенностей поверхности пленок.
3.3 Электронографические и дифракционные исследования.
3.4 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
3.5 Спектроскопия выхода вторичных электронов.
3.6 Катод олюминисценция 4
Глава 3. Автоэлектронная эмиссия из алмазных материалов.
§ 1. Структурно-морфологические особенности и фазовый состав.
1.1 Спектроскопия КРС алмазных пленок.
1.2.Структурные исследования пленок с помощью электронной
микроскопии “на просвет” и электронографии.
1.3 Катодолюминисценция в алмазных пленках.
§2. Зависимость автоэлектронной эмиссии в алмазных пленках от их структурно-морфологических особенностей.

Глава 4. Автоэлектронная эмиссия из неалмазного углерода.
§ 1. Синтез пленок графитоподобного углерода.
§2. Параметры автоэлектронной эмиссии из графитоподобных
углеродных пленок.
§3.Структурно-морфологические особенности пленок
графитоподобного углерода.
§4.Рентгеновские фотоэлектронные спектры графитоподобных
пленок.
§5.Спектры выхода вторичных электронов.
§6.Исследование особенностей электронных свойств
графитоподобных пленок при помощи катодолюминисценции.
§7.Механизм автоэлектронной эмиссии из графитных материалов.
§8.Перспективы практического применения углеродных
автоэлектронных эмиттеров.
Заключение
Список литературы

Введение
Автоэлектронная (или полевая) эмиссия представляет собой испускание электронов проводящими твердыми и жидкими телами под воздействием внешнего электрического поля достаточно высокой напряженности. Основным отличием автоэлектронной эмиссии от других видов эмиссии электронов является отсутствие энергетических затрат для возникновения потока электронов в вакуум. Это обусловлено тем, что при автоэлектронной эмиссии электроны преодолевают потенциальный барьер на границе эмиттера за счет квантовомеханического туннельного эффекта. Благодаря этому обстоятельству, автоэлектронные катоды имеют ряд преимуществ перед накаливаемыми: меньшее энергопотребление, высокая плотность эмиссионного тока, а также узкое распределение эмитируемых электронов по направлению и величине скорости. В то же время чрезвычайно высокая напряженность электрического поля (102-103 В/мкм), требуемая, в случае металлического эмиттера, для возникновения автоэлектронной эмиссии, составляет значительную проблему при практическом использовании подобных катодов. В частности, это приводит к необходимости изготовления таких катодов в виде тонких острий или лезвий для того, чтобы обеспечить локальное усиление поля.
В настоящее время в качестве основы для создания эффективных автоэмиссионных катодов кроме различных металлов и полупроводников рассматриваются некоторые углеродные материалы (алмазные и алмазоподобные пленки, углеродные нанотрубки, волокна), для некоторых из которых обнаружена чрезвычайно высокая эффективность автоэлектронной эмиссии. Особый интерес представляет изучение и практическое использование углеродных автоэлектронных катодов в виде пленок, нанесенных на различные подложки. Этот интерес в значительной степени стимулируется разработкой методов получения подобных пленок достаточно большой площади.

температура подложки при этом 600н-1300°С. В зависимости от конкретных условий осаждения скорость роста пленки составляла от 1 до 10 мкм/ч, ее состав изменялся в широких пределах от практически чистого алмаза до поликристаллического графита или аморфного углерода.
Поликристаллические алмазные пленки получались при использовании в качестве подложек, как уже отмечалось выше, только карбидообразующих материалов. В случае кремниевых подложек, алмазные пленки получались при температуре подложки в пределах 700-900°С, рабочем давлении смеси 50-150 Topp, доли СН4 в смеси с Н2 составляла порядка 0,5-2 процента. При этом расход рабочих газов составлял около 40-60 л/ч, сила тока 4-5А при напряжении в разрядном промежутке около 700 В. Уменьшение доли метана в рабочем газе приводило к уменьшению скорости синтеза пленок и доли неалмазного углерода в пленке, а увеличение концентрации метана приводило к росту доли неалмазных форм углерода.
В узком температурном диапазоне 850-900°С при концентрации метана около 5% были получены алмазные поликристаллические пленки с размерами кристаллитов несколько нанометров. Некоторые особенности таких пленок, в частности их зеркально гладкая поверхность, служат основанием для выделения этих пленок в отдельный класс материалов, который получил название нанокристаллических алмазных пленок.
Графитные и графитоподобные формы углерода получаются в значительно более широком диапазоне параметров рабочего процесса при концентрации метана от 4 до 8 процентов. Например при температуре около 1000°С и плотности тока активации плазмы около 1 А/см2 на различных подложках (в том числе на стали, сапфире, кварце) получались пленки состоящие из кристаллитов графита толщиной в несколько нанометров.