Моделирование характеристик полевых эмиссионных систем типа металл-оксид-металл

• Автор: Жуков, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 103 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ С ОСТРИЙНЫМИ ПОЛЕВЫМИ ЭМИТТЕРАМИ

1.1 Квантово-механическое описание движения частицы

1.2 Работа выхода

1.3 Явление полевой эмиссии

1.4 Определение реальных параметров эмиссионной системы

1.5 Выводы

II. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ МНОГОСЛОЙНЫХ ОСТРИЙНЫХ ПОЛЕВЫХ ЭМИССИОННЫХ СИСТЕМ

2.1 Модель потенциальной структуры многослойной системы

2.2 Реальные многослойные системы, используемые для натурной проверки предложенной модели
2.3 Выводы
III. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОЛЕВЫХ ЭМИССИОННЫХ СИСТЕМ
3.1 Вычисление коэффициента пропускания двухбарьерной системы .
3.2 Изменение коэффициента пропускания двухбарьерной системы при варьировании ее параметров
3.2.1 Изменение характеристик материала
3.2.2 Изменение толщин слоев

3.3 Проверка адекватности модели на основе данных натурного ЭКСПЕРИМЕНТА
3.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ:
Описание экспериментальной системы
Методика приготовления многослойных эмиссионных систем
Программа для расчета коэффициента прозрачности системы в зависимости от энергии электрона

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. К настоящему времени накоплена значительная база знаний, полученных с помощью численного и натурного эксперимента, математического и физического моделирования явлений и процессов, имеющих место на поверхности и в приповерхностной области твердых тел при воздействии на них сильного электрического поля. В результате этого воздействия потенциальный порог на границе твердое тело — вакуум превращается в потенциальный барьер, и появляется определенная вероятность туннелирования приповерхностных электронов сквозь барьер без затраты энергии в процессе полевой электронной эмиссии (ПЭЭ) [1—10]. Эмиссионные системы на основе ПЭЭ являются основным элементом таких перспективных приборов и устройств, как сканирующие туннельные микроскопы, СВЧ-генераторы, плоские дисплеи и т.д. [11—13]. Однако существующие теории ПЭЭ рассматривают в основном эмиссию из чистых материалов, уступающих по ряду параметров многослойным системам типа «металл-полупроводник», «металл-оксид-полупроводник» или «металл-полупроводник-металл» [14-20], для которых рассматриваются только простейшие плоские конфигурации. Это затрудняет как интерпретацию экспериментальных данных, так и выработку рекомендаций по практической реализации приборов и устройств, элементом которых являются острийные многослойные эмиссионные структуры. Именно поэтому задача разработки
между электродами благодаря закруглению углов и уменьшению высоты и ширины барьера. Для случая системы «металл-вакуум-металл» соответствующие выражения могут быть найдены в [58, 59]. Для системы «металл-диэлектрик-металл» потенциал сил изображения имеет вид [44]:

%лКг„

(па) - х па
(2.4)
где х — расстояние в изоляторе, измеренное от границы электрода 1 с изолятором, £0 — диэлектрическая постоянная, К — диэлектрическая постоянная изолирующей пленки.
При наложении потенциала сил изображения на прямоугольный барьер модифицированная высота барьера £/(х) оказывается функцией координаты в изоляторе:
ЕХ е2 ( 1 гТ па Г
и(х) - х0 + ~т т—— Т- + 2, —о г
2 Ъ%Кг0 (^2х (па) -х па
Выражение для потенциала сил изображения может быть преобразовано к виду:

(2.5)

16пКе„
(1 ф м + ф + 2С^|
и а У
(2.6)

где р(х) = —1пГ(х) — дигамма-функция, С — постоянная Эйлера-ёх
Маскерони.