Автоэлектронная эмиссия из нано-углеродных материалов

• Автор: Захидов, Александр Анварович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Глава 1. Автоэлектронная эмиссия и структурно морфологические 11 свойства углеродных материалов (Литературный обзор)

§ 1. Общие сведения об автоэлектронной эмиссии из металлов и 11 полупроводников

§2. Размерные эффекты в автоэлектронной эмиссии

§3. Автоэлектронная эмиссия из углеродных материалов

3.1. Автоэлектронная эмиссия из алмазоподобного углерода

3.2. Автоэлектронная эмиссия из графитных материалов

3.3. Автоэлектронная эмиссия из углеродных нанотрубок

§4. Стабильность автоэлектронной эмиссии. Явления,

сопровождающие автоэлектронную эмиссию

Глава 2. Методика проведения эксперимента

§ 1. Приготовление образцов

1.1. Методика синтеза наноструктурированных углеродных пленок
1.2. Методика синтеза массивов ориентированных многослойных 50 углеродных нанотрубок
§2. Методы определения фазового состава и структурно
морфологические исследования образцов
2.1. Комбинационное рассеяние света
2.2. Электронная микроскопия
§3. Методика изучения автоэлектронной эмиссии
3.1. Схема вакуумного диода с плоскими электродами
3.2. Сканирующая автоэлектронная микроскопия

Глава 3. Автоэлектронная эмиссия из наноструктурированных
углеродных пленок
§ 1. Структурно-морфологические особенности и фазовый состав
§2. Автоэмиссионные характеристики наноструктурированных
углеродных пленок
§3. Статистический анализ автоэлектронной эмиссии
§4. Механизм низковольтной автоэлектронной эмиссии из
наноуглерода
Глава 4. Автоэлектронная эмиссия из массивов ориентированных
многослойных углеродных нанотрубок
§ 1. Структурно-морфологические особенности и фазовый состав
§2. Автоэмиссионные характеристики массивов ориентированных
многослойных углеродных нанотрубок
§3. Свечение, сопровождающее автоэлектронную эмиссию
§4. Вакуумное переосаждение массивов углеродных нанотрубок с
катода на анод
Заключение
Список литературы

Получение и исследование различных свойств нано-углеродных материалов является одним из актуальных направлений современной науки. Разнообразные нано-углеродные материалы были открыты сравнительно недавно и представляют собой аллотропные формы углерода, для которых хотя бы один из линейных размеров составляет несколько нанометров. Уникальные механические свойства, высокая стабильность и химическая инертность, необычные электронные и оптические свойства нано-углеродных материалов представляют не только фундаментальный научный, но и значительный практический интерес, особенно в сфере нанотехнологии. В последнее время особый интерес привлекают исследование автоэлектронной эмиссии из нано-углеродных материалов, отличительной особенностью которых является аномально низкое значение напряжения, требуемое для возникновения заметных эмиссионных токов. Автоэлектронная эмиссия (в зарубежной литературе обычно употребляется термин “полевая эмиссия”) представляет собой испускание электронов проводящими твердыми и жидкими телами под действием внешнего электрического ПОЛЯ достаточно высокой напряженности (10 -109 В/м). Автоэлектронная эмиссия является результатом квантово-механического туннелирования электронов через потенциальный барьер на поверхности эмиттера и для ее возникновения не требуется какого-либо дополнительного возбуждения электронов, как это происходит, например, в термо -, фото - и других видах электронной эмиссии. Поэтому автоэлектронную эмиссию называют иногда еще и спонтанной или туннельной. Квантовомеханический характер автоэмиссии электронов, а также взаимосвязь ее параметров с состоянием поверхности материала (работой выхода, атомной структурой, химическим составом и т.п.) привлекают к исследованию этого явления значительный интерес с научной точки

1.2. Методика синтеза массивов ориентированных многослойных углеродных нанотрубок
Образцы массивов ориентированных многослойных углеродных нанотрубок были получены совместно с М. Занг в Университете Техаса в Далассе, США (University of Texas at Dallas) [93]. Массивы МУНТ были получены методом газофазного химического осаждения в присутствии катализатора (Fe) при атмосферном давлении. В качестве подложки использовался n++ Si (100) с удельным сопротивлением 0,005 Q-см. Слой катализатора в 5 нм был нанесен на подложку методом термического распыления железа электронным пучком при помощи установки Temescal CV-8. Причем при помощи электронно-лучевой литографии слой катализатора мог быть выполнен в виде определенного рисунка. Затем подложка с катализатором помещалась в кварцевую ростовую камеру с цилиндрической кварцевой печкой. Температура в камере повышалась со скоростью 15 °С/мин, при этом в нее поступал гелий (550 см3/мин). При достижении температуры 680 °С в камеру напускался ацетилен (30 см3/мин). Далее происходил термический распад ацетилена (крекинг) и рост МУНТ в присутствии катализатора. Время роста массива МУНТ варьировалось от 3 до 12 минут. Таким образом, варьировалась длина синтезированных МУНТ. После завершения процесса роста подложка охлаждалась в атмосфере гелия. Эта методика является стандартным методом роста МУНТ ее подробное описание можно найти в различных статьях и монографиях (см. например [68, 94-96]).
Как уже было отмечено, температура в камере повышалась до значения 680 °С. При этом непрерывность пленки катализатора нарушалась, и железо на подложке концентрировалось в виде отдельных наночастиц. Этот факт был подтвержден с помощью специального эксперимента, в котором после нагрева подложки вместо напуска ацетилена было произведено охлаждение подложки, а затем ее изучение