Разработка и исследование эмиссионной среды для твердотельного автоэмиссионного диода на основе гетероструктуры кремний/алмаз

• Автор: Мигунов, Денис Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Оглавление
Введение.

1 Глава I. Аналитический обзор состояние вопроса, актуальность работы,

принципиальные и технические проблемы

1.1 Автоэлектронная эмиссия.

1.2 Проблемы, связанные с разработкой вакуумных и твердотельных

сильноточных диодов.

1.3 Углеродные материалы в электронике.

2 Глава II. Экспериментальные исследования архитектура автоэмиссионной

структуры, используемые методики, технолог ии и оборудование

2.1 Установка для формирования автоэмиссионных сред

2.2 Модернизация блока питания ИК нагрева
2.3 Отработка технологических параметров формирования автоэмиссионных
2.3.1 Формирование массивов из наноразмерных конусов да1ее НС в твердых
пленках.
2.3.1.1 Постановка задачи
2.3.1.2 Физикоматематическая модель формирования наноразмерных
областей .
2.3.1.3 Массоиеренос вещества в пленке.
2.3.1.4 Случай толстой пленки
2.3.1.5 Случай пленки наноразмерной толщины
2.4 Формирование наноразмерных объектов наноструктурирование с
использованием процессов плазменного травления и маскирующих
наноразмерных капель
2.4.1 Архитектура используемых пленок.
2.4.2 Техмаршрут формирования наноструктурированных сред
2.4.3 Оптимизация технологических параметров технологического маршрута
формирования наноструктурированных сред.
2.5 Формирование матричных структур из массивов наноразмерных конусов.
2.6 Формирование массивов из наноразмерных конусов поликристаллического карбида кремния на подложке
2.7 Формирование гетероструктуры папо алмаз и твердотельного
автоэмиссионного диода на его основе
3 Глава III. Электрофизические исследования полученных наноструктур и
твердотельных автоэмиссионных диодов на их основе
3.1 Результаты физических исследований наноструктурироваиных
поверхностей с использованием РЭМ и РМА
3.2 Исследования на
3 3 Речупктяты ПЭМ исспеягтаний
3.4 Результаты физических исследований гетерострукгур папо алмаз и
твердотельного автоэмиссионного диода на его основе
3.4.1 Исследования физических исследований автоэмиссионных диодов на
.. vv папо i алмаз
3.5 Исследования электрофизических свойств эмиссионных структур
3.5.1 Теоретический анализ автоэмиссионных свойств из объектов
наноструктурированной среды
3.5.1.1 Случай средних полей Е01г
3.5.1.2 Случай сильных полей ЕоЕ
3.5.2 Экспериментальные исследования автоэмиссии электронов с
поверхностей с массивами из нанообъектов
3.5.3 ВАХ диодов на основе гстсроструктур папо алмаз
Основные результаты и выводы
Благодарности
Список публикаций по теме диссертации
Список цитируемой литературы


Гетероструктура папо ЗГалмаз (слабо легированный акцепторами), позволяет поставить в одинаковые автоэмиссионные условия большинство острий массива наноразмерных объектов, о Технологический маршрут в составе последовательности техпроцессов, состоящих в формировании на поверхности приборной структуры, наноразмерных маскирующих областей, формировании наноструктур, а затем и зародышевых структур с последующим ростом поликристаллической слаболегированной акцепторами алмазной пленки позволяет изготовить эффективную автоэмиссионную гетероструктуру папо / алмаз, о Технологический маршрут изготовления твердотельных диодов на основе гетероструктуры папо $г/алмаз позволяет получить автоэмиссионные диоды с пороговыми напряжениями не более ~ 0,5 В и плотностями тока не менее А/см2. В/мкм), высокими плотностями автоэмиссионных токов (~ А/см ), не нуждающихся в вакуумировании. Разработанные и изготовленные экспериментальные образцы наноструктурированных поверхностей кремния (папоБО, исследованы в качестве активных сред для вакуумных автоэмиттеров катодно-сеточных узлов (КСУ): пороговое электрическое поле - 5 В/мкм, плотность тока - мА/см2. Разработанные, изготовленные и исследованные экспериментальные образцы твердотельных автоэмиссионных диодов, не нуждающиеся в вакуумировании, выполнены на основе гетероструктур папо БГалмаз и имеют низкий порог автоэмиссии (-0,5 В) и высокую плотность тока (- А/см2). Разработка и исследование однокристальной схемы умножителя потока электронов на основе углеродных наноструктур и алмазных пленок», ГК № . ГН-1-Гр. Определение граничных условий системы уравнений формообразования каталитических областей в процессе роста углеродных наноструктур», № -ГБ-1 -Гр. Моделирование процесса каталитического роста углеродных нанотрубок», № -ГБ-1 -Гр. КФН от . По теме диссертации опубликовано печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых российских научных журналах, входящих в перечень ВАК, 1 статья в иностранном журнале, 1 статья, вошедшая в сборник научных трудов. Получен патент Российской Федерации (заявка №/ от , решение о выдаче от ). Подана заявка на патент Российской Федерации (№ от ). International conference “Micro- and nanoelectronics - ”. International conference “Micro- and nanoelcctronics - ”. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных результатов и выводов, содержит 5 страниц машинописного текста, включая 2 таблицы, рисунка и список литературы из наименований. В приложении приведены акты внедрения результатов работы. Глава I. Во Введении было обращено внимание на то что, несмотря на интенсивные поиски технологических и конструктивных решений для создания сильноточных вакуумных и твердотельных автоэмиссионных приборов, преодолеть технологические трудности пока не удалось ни одной из групп исследователей. В частности, особенно проблемным является изготовление собственно автоэмиттсров. С -х годов прошлого века проводятся интенсивные поиски технических решений, которые позволили бы устойчиво получать активные среды для автоэмиссионных диодов и катодов приборов и устройств твердотельной и вакуумной электроники. Попытки формировать активные автоэмиссионные среды на основе твердых пленок с использованием литографических процессов не привели к успеху. В/см относят к процессам «подбарьерного» транспорта заряда. Для того чтобы вероятность туннельного прохождения барьера была значима, в случае электродов с плоской геометрией необходимо прикладывать напряжения в десятки тысяч вольт. Автоэлектронную эмиссию можно возбудить при гораздо меньших напряжениях, если придать катоду форму тонкого острия с радиусом вершины в десятые или сотые доли микрона. Сейчас реализованы условия, когда при расстояниях между катодом и анодом ~ нескольких микрометров, и очень малых радиусах кривизны катода от 2 до 5 нм автоэмиссию удается получать при напряжениях в единицы. Среди эмиссионных явлений, автоэмиссия имеет наиболее высокий коэффициент полезного действия. Работа против сил, удерживающих электрон внутри катода, обычно представляется в виде энергетической диаграммы, представленной на рисунке 1.