Исследование автоэлектронной эмиссии массивов из ориентированных углеродных нанотруб

• Автор: Гусельников, Артем Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Электронная эмиссия углеродных нанотруб.

1.1.1 Принцип работы автоэлектронных катодов па основе углеродных панотруб.

1.1.2 Механизм полевой эмиссии углеродных нанотруб.

1.1.3 Материалы для полевых катодов на основе углерода.

1.1.4 Характеризация катодов из углеродных нанотруб

1.1.5 Исследование факторов, влияющих на автоэлектронную эмиссию

1.2 Использование углеродных нанотруб для создания плоских дисплеев и рентгеновской трубки.
1.2.1. Использование углеродных нанотруб в полевых катодах дисплеев и люминесцентн ых ламп
1.2.2. Использование углеродных нанотруб в полевых катодах для рентгеновских трубок
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОЭМИССИОННЫХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ
2.1. Конструкция установки.
2.1.1. Вакуумная система.
2.1.2. Система управления и регистрации
2.2 Методика проведения измерений вольтамперных характеристик
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОЭМИССИОИНЫХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ.
3.1. Электронная сгруктура и автоэмиссионные свойства отожженных наноалмазов
3.2. Автоэмиссионные свойства исходного и очищенного углеродного материала,
содержащего однослойные нанотрубы.
3.3. Автоэмиссионные свойства азотсодержащих углеродных нанотруб
3.4. Автоэмиссионные свойства массивов ориентированных азотсодержащих углеродных нанотруб.
3.5. Ион электронная эмиссия углеродных нанотруб
3.5.1. Принципиальная схема одновременной регистрации ионной и электронной автоэмиссии.
3.5.2. Результаты измерений с использованием сплошного анода
3.5.3. Результаты измерений с использованием сетчатого анода
3.5.4. Механизм формирования ионного тока.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ КАТОДОВ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБ ДЛЯ ПАНЕЛЬНЫХ ЛАМП И РЕНТГЕНОВСКИХ ТРУБОК
4.1. Исследование однородности светимости и стабильности панельных сборок с катодами из разных типов углеродных нанотруб
4.1.1. Модернизация измерительной системы для исследования светимости панелей.
4.1.2. Исследование вольтамперных характеристик катодов из
ориентированных нанотруб и светимости панельных сборок
4.2. Создание макетных прототипов рентгеновской трубки
4.2.1. Использование катода из углеродных нанотруб для возбуждения ультрамягкой рентгеновской эмиссии.
4.2.2. Регистрация рентгеновского излучения полевых катодов на основе углеродных нанотруб
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Внимание к углеродным материалом для применения в эмиссионной электронике было вызвано возможностью их использования в условиях технического вакуума. Со времени открытия углеродных нанотруб УНТ 2 проявляется неослабевающий интерес к исследованию свойств и перспективам применения таких материалов. Первые публикации о полевой электронной эмиссии из УНТ, вышедшие в 35, дали начало широким исследованиям в этой области. В настоящее время опубликовано большое количество статей, посвященных исследованию различных проблем полевой эмиссии УНТ, имеется ряд обзоров по дайной тематике 6. Автоэлектронная эмиссия возникает при воздействии на заземленный проводник внешнего электрического поля. В результате такого воздействия электроны проводимости, первоначально находившиеся в прямоугольной потенциальной яме, получают возможность выхода за пределы проводника вследствие квантовомеханического туннелирования. При нулевом электрическом поле для электронов металла имеется прямоугольный потенциальный барьер, высота которого определяется как работа выхода электрона р, так что металл могут покинуть только те электроны, энергия которых превышает эту величину рис. При приложении электрического поля высота барьера снижается на величину Ар, которая растет с повышением величины поля. Кроме того, уменьшается ширина барьера, что даст возможность протеканию туннельного тока. Рис. Схема формирования потенциального барьера на металлической поверхности под действием электрического ПОЛЯ. Т температура, ЕР энергия Ферми. С,гехр. Ешр функции у у представляют собой медленно меняющиеся зависимости, хорошо аппроксимируемые выражениями г 1, 1 у2. Выражение 2 справедливо при условиях, когда температура эмитгера много меньше характеристической энергии Ферми для проводника, а показатель экспоненты много больше единицы. Это выражение, называемое формулой ФаулераНордгейма, применяется для анализа результатов экспериментов по автоэлектронной эмиссии, которые обычно представляют в виде зависимости величины 1пУ2от 1Н, либо 1п. К2от 1У. Прямолинейный ход данной зависимости указывает на механизм эмиссии электронов, связанный с автоэлектронной эмиссией. Вблизи выпуклых неоднородностей поверхности локальное поле Бир много больше, чем приложенное поле и связано с макроскопическим полем коэффициентом пропорциональности , который зависит только от геометрии Рцр рув. V есть падение потенциала между плоскими электродами на расстоянии б. Коэффициент Р называется коэффициентом усиления поля, а указанное явление носит название эффекта усиления электрического поля на неоднородностях. Уг 5 2. Иг . Значение коэффициента усиления поля вычисляется для индивидуальной УНТ, так как при образовании жгутов из нанотрубок электрическое поле вблизи кончика УНТ сильно экранируется соседними нанотрубками. Пространственное и энергетическое распределение эмитированных электронов дает информацию о локализованных состояниях на кончике эмиттера. Типичные значения работы выхода УНТ ниже, чем в графите на 0,20,4 эВ. Основные физические характеристики УНТ, имеющие отношение к полевой эмиссии, приведены в таблице 1. Таблица 1, Типичные свойства УНТ и графита, связанные с нолевой эмиссией 6. Удельное сопротивление П см 5. II 1. Г еплопроводность Втм К зТо3 2. Работа выхода эВ 4. В реальной ситуации вольтамперные характеристики автоэлектронной могут существенно отличаться от простых модельных выражений 2. Главным образом это связано с наличием выступов и микронеоднородностей на поверхности эмиттера. Роль такого выступа может шрать углеродная нанотруба, направленная по нормали к поверхности подложки. Напряженность электрического поля в окрестности таких нанотруб может во много раз превышать среднее значение, определяемое как отношение падения напряжения на промежутке V к величине межэлектродного расстояния Ь. Указанное явление носит название эффекта усиления элекгрического поля на неоднородностях. В результате этого эффекта ток полевой эмиссии в реальных условиях обычно на 12 порядка превышает значение, определяемое с помощью формулы ФаулераНордгейма.