Czy diament jest właściwym materiałem do wytworzenia emitera polowego?

• Autorzy: Jarzyńska D. , Staryga E. , Znamirowski Z. , Fabisiak K.

Warianty tytułu

EN

Is diamond a suitable material for cold electron?

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

Przedstawiono rezultaty badań emisji elektronów z powierzchni warstw diamentowych wytworzonych przy użyciu techniki HF CVD na podłożu krzemowym. Badania emisji polowej polegały na rejestrowaniu prądu emisji w funkcji zewnętrznego, makroskopowego pola elektrycznego. Charakterystyki I(E) analizowano przy zastosowaniu równania Fowlera-Nordheima. Charakteryzację warstw diamentowych przeprowadzono przy zastosowaniu takich technik jak: skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM), spektroskopia ramanowska (RS) oraz spektroskopia rezonansu spinowego (ESR). Przeprowadzono korelację pomiędzy wynikami badań emisji polowej warstw diamentowych, wynikami analizy widm ramanowskich oraz wyznaczoną zawartością centrów paramagnetycznych w badanych warstwach. Właściwości emisyjne układu warstwa diamentowa/podłoże półprzewodnikowe polepszają się w wyniku domieszkowania azotem warstwy diamentowej, co prawdopodobnie może być spowodowane większym zdefektowaniem ziaren diamentowych oraz większą zawartością fazy grafitowej w badanych, domieszkowanych azotem warstwach.

EN

Electron emission from diamond films (DF) deposited on silicon substrates has been studied. The DF's were synthesized using HF CVD technique. The electron field-emission properties were examined by measuring the field-emission current as a function of applied macroscopic electric field. The field emission characteristics were described using the Fowler-Nordheim model. The diamond films were also characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Raman Spectroscopy (RS), and Electron Spin Resonance (ESR) techniques. Raman spectra of DF's exhibit spectral features with a well-defined peak at 1332 cm⁻¹, characteristic for diamond. The correlation between electron field emission of investigated films, Raman spectra and concentration of paramagnetic centers has been discussed. The electron emission properties of diamond films improved after doping by nitrogen. The field emission was obtained at turn-on electric field about 10 V/µm and about 4 V/µm, for undoped diamond films and N-doped diamond films respectively. It seems that the change of turn-on field values and emissive properties of thin diamond layers may be caused by different content of non-diamond phase (e.g. graphite phase) in diamond films.

Słowa kluczowe

PL

warstwa diamentowa; domieszkowanie; emisja elektronów

EN

diamond film; doping; electron emission

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 48, nr 2
• Strony: 12--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., wykr.

Twórcy

autor

Jarzyńska D.

autor

Staryga E.

autor

Znamirowski Z.

autor

Fabisiak K.

• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki

Bibliografia

• [1] Obraztsov A. N., Zakhidov Al. A.: Low-field electron emission from nano-carbons. Diamond Relat. Mater., 13, 2004, pp. 1044-1049.
• [2] Robertson J.: Amorphous carbon cathodes for field emission display. Thin Solid Films, 296, 1997, pp. 61-65.
• [3] Carey J. D. et al.: Influence of sp2 clusters on the field emission properties of amorphous carbon thin films. Appl. Phys. Lett., 77, 2000, pp. 2006-2008.
• [4] Roberson J.: Mechanism of electron field emission from diamond, diamon-like carbon and nanostructured carbon. J. Vac. Sci. Technol. B, 17, 1999, pp. 659-665.
• [5] Forbes R. G.: Low-macroscopic-field electron emission from carbon films and other electrically nanostructured heterogeneous materials: hypothesis about emission mechanism. Solid State Electronics, 45, 2001, pp. 779-808.
• [6] Xu N. S., Tzeng Y., Latam R. V.: Similarities in the cold electron emission characteristics of diamond coated molybdenium electrodes and polished bulk graphite surfaces. J. Phys, D: Appl. Phys., 1993, 26, pp. 1776-1780.
• [7] Xu N. S., Latam R. V., Tzeng Y.: Field dependece of the area-density of cold electron emission sites on broad-area CVD diamond films. Electron Lett., 29, 1993, pp. 1596-1597.
• [8] Fabisiak K., Banaszak A., Kaczamarski M.: Nucleation and growth of diamond films by using HF CVD technique. Functional Material, 10, 2003, pp. 117-120.
• [9] Fowler R. H., Nordheim L.: Electron emission in intense electric fields. Proc. Roy. Soc. Lon. Ser. A., 119, 1928, pp. 173-181.
• [10] Knight D. S., White W. B.: Characterization of diamond films by Raman Spectroscopy. J. Mater. Res., 4, 1989, pp. 385-393.
• [11] Fabisiak K., Patyk J. K., Rozpłoch F.: CVD diamond films quality characterization by ESR, SEM and Raman Spectroscopy. Acta Physica Polonica, 1995, pp. 145-149.
• [12] Gruen D. M.: Nanocrystalline diamond films. Annu. Rev. Mater. Sci., 29, 1999, pp. 211-259.
• [13] Li J. J., Zheng W. T. et al.: Field emission from nitrogen-implanted CVD diamond film grown on silicon wafer. Appl. Phys. A, 81, 2004, pp. 357-361.
• [14] Kalish R. et al.: Thermal stability and relaxation in diamond-like-carbon. A Raman study of films with different sp3 fractions (ta-C to a-C). Appl. Phys. Lett., 74, 1999, pp. 2936-2938.
• [15] Loubser J. H., Van Wyk J. A.: ESR in the study of diamond. Rep. Progr. Phys., 41, 1978, pp. 1203-1248.
• [16] Smith M. J. A., Angel B. R., Emmons R. G.: Distribution of substitutional nitrogen donors in synthetic diamonds. Nature, 1966, 210, pp. 692-694.
• [17] Masierak W., Fabisiak K. et al.: Simple model for the thermal conductivity estimation on the basis of aman and ESR Spectroscopy measurements. Optica Applicata, vol. XXXVI, no. 2-3, 2006.
• [18] Fabisiak K., Rozpłoch F.: ESR and X-ray diffraction studies of CVD diamond films. Appl. Magn. Reson., 12, 1997, pp. 53-58.
• [19] Fanciulli M., MoustakasT. D.: Defects in diamond thin films. Phys. Rev. B., 48, 1993, pp. 1498-14988.
• [20] Smith W. V., Sorokin P. P., Gelles I. and Lasher G. J.: Electron-Spin Resonance of Nitrogen Donors in Diamond. Phys. Rev., 41, 1959, pp. 1546-1552.
• [21] Geis M. W. et al.: Electron field emission from diamond and other carbon materials after H2, O2 and Cs treatment. Appl. Phys. Lett., 67, 1995, pp. 1328-1331.
• [22] Okano K. et al.: Low-threshold cold cathodes made of nitrogen-doped chemical-vapour-deposited diamond. Nature, 381, 1996, pp. 140-141.
• [23] Luo J. Y. et al.: The influence of film-to-substrate characteristics on the electron field emission behavior of the diamond films. Diamond Rel. Mater., 7, 1998, pp. 704-710.
• [24] Orzeszko S. et al.: DC Conductivity and ESR of Hydrogenated Amorphous Carbon Films. Phys. Stat. Sol.(a)., 81, 1984, pp. 579-584.