Emission properties of diamond and diamond-like carbon films deposited by various methods

• Autorzy: Jarzyńska D. , Staryga E.

Warianty tytułu

PL

Właściwości emisyjne warstw diamentowych i diamentopodobnych wytwarzanych różnymi metodami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The electron field-emission properties of diamond-like carbon (DLC) thin films and diamond films (DF) were examined by measuring the field-emission current as a function of applied macroscopic electric field. The DLC and DF films were deposited on flat silicon substrates by means of RF PCVD and HF CVD techniques, respectively. The field emission research was carried out using a diode configuration. The results of field emission were analyzed using the Fowler - Nordheim model. The conditioning process of DF and DLC films as the effect improving the electron emission characteristics of these films was studied. The DF films showed better characteristics, that is, lower turn-on field, than DLC films. The characteristics of the investigated carbon-based films depended not only on the structure and sp2 inclusions but also on the film thickness and applied bias voltage.

PL

Właściwości emisyjne warstw diamentowych (DF) i diamentopodobnych (DLC) określono w wyniku pomiaru prądu emisji w funkcji przyłożonego makroskopowego pola elektrycznego. Warstwy węglowe osadzone zostały na gładkim podłożu krzemowym przy użyciu metody HF CVD i RF CVD, odpowiednio dla warstw DF i DLC. Charakterystyki emisyjne zmierzono przy użyciu techniki wykorzystującej sondę anodową, a uzyskane na ich podstawie wyniki analizowano w oparciu o model Fowlera-Nordheima. W pracy rozważa się wpływ różnorodnych czynników na właściwości emisyjne badanych układów warstwa węglowa/półprzewodnik. Przeprowadzono proces kondycjonowania warstw węglowych prowadzący do polepszenia właściwości emisyjnych badanych warstw. Dla warstw DLC wytwarzanych przy większych wartościach potencjału autopolaryzacji, uzyskano większe wartości prądu emisji. Morfologię warstw DF i DLC zbadano przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Zastosowanie spektroskopii ramanowskiej umożliwiło określenie struktury warstw diamentowych i diamentopodobnych.

Słowa kluczowe

EN

electron emission; DLC; diamond film; rv cvd; HF CVD

PL

emisja elektronów; DLC; warstwa diamentowa; warstwa diamentopodobna; rv cvd; HFCVD

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Scientific Bulletin. Physics / Lodz University of Technology
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 25
• Strony: 15--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 49 poz.

Twórcy

autor

Jarzyńska D.

• The Faculty of Mechanical Engineering, Technical University of Łódź, 90-924 Łódź, Stefanowskiego 1/15, Poland

autor

Staryga E.

• Institute of Physics, Technical University of Łódź, 93-005 Łódź, Wólczańska 219/223, Poland

Bibliografia

• [1] Spindt CA., J. Appl. Phys., 39 (1968) 3504.
• [2] Huq S.E., Chen L., Prewett P.D., Microelectron Eng., 27 (1995) 95.
• [3] Wisitsora-at A., Kang W.P., Davidson J.L, Li Q., Xu J.F., Kerns D.V., Appl. Surface Sci., 146 (1999) 280.
• [4] Geis M.W., Twichell J.C., Lyszczarz T.M., J. Vac.Sci.Technol. B 14 (1996) 2060.
• [5] Silva S.R.P., Amaratunga G.A.J., Barner J.R., Appl. Phys. Lett., 71 (1997) 1477.
• [6] Kim J.M., Choi W.B., Lee N.S., Jung J.E., Diamond Relat. Mater., 9 (2000) 1184.
• [7] Aisenberg S., Chabot R., J. Vac, Sci. Techn., 8 (1971) 112.
• [8] Obraztsov A.N., Zakhidov ALA., Diamond Relat. Mater., 13 (2004) 1044.
• [9] Choi W.B., Chung D.S., Kang J.H., Kim H.Y., Jin Y.W., Han LT., Lee Y.H., Jung J.E., Lee N.S., Park G.S., Kim J.M., Appl. Phys. Lett., 75 (1999) 3129.
• [10] Robertson J., Thin Solid Films 296 (1997) 61.
• [11] Fowler R. H., Nordheim L., Proc. Roy. Soc. Lon. Ser. A. 119 (1928) 173.
• [12] Himpsel F., Knapp J., Van Vechten J., Estman D.E., Phys. Rev. B 20 (1979) 624.
• [13] Zhu W., Randall A.R., Badzian A.R., Messier R., J. Vac. Sci. Technol. A 7 (1989)2315.
• [14] Robertson J., Diamond Rel. Mater., 5 (1996) 797.
• [15] Xu N.S., Latham R.V., Tzeng Y., Electronics Letters 29 (1993) 1596.
• [16] Krainsky I.L., Asnin V.M., Mearini G., Dayton J., Phys. Rev. B, 53 (1996) 7650.
• [17] Bandis C, Pate B.B., Phys. Rev. B, 52 (1995) 12056.
• [18] Yater J.E., Shih A. and Abrams R., Phys. Rev. B, 56 (1997) 56.
• [19] van der Weide J., Nemanich R.J., J. Vac. Sci. Technol, B 12 (1994) 2475.
• [20] Inomoto H., Hatta A., Kawabata K., Katoda T., Hiraki A., Diamond Rabat. Mater. 9 (2000) 1209.
• [21] Xu N.S., Latham R.V., J. Phys. D. 19 (1986) 477.
• [22] Groning O., Kuttel O.M., Schaller E., Groning P. Schlapbach L., Appl. Phys. Lett. 69(1996)476.
• [23] Hessmer R, Schreck M., Geier S.,Strizker B., Diamond Relat.Mater.3(1994) 951.
• [24] Wang W.N., Fox N.A., Davis T.J., Richardson D., Lynch G.M., Steeds J.W., Lee J.S., Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 2825.
• [25] Geis M.W., Twichell J.C.,Macaulay J.,Okano K, Appl.Phys.Lett. 67(1995) 1328.
• [26] Huang Z.H., Cutler P.H., Miskovsky N.M., Sullivan T.E., Appl. Phys. Lett., 65 (1994)2562.
• [27] Fox N.A., Wang W.N., Davis T.J. Steeds J.W., Appl. Phys. Lett. 71(1997) 2337.
• [28] Geis M.W., Twichell J.C., Efremów N.N., Krohn K., Lyszczarz T.M., Appl. Phys. Lett, 68 (1996) 2294.
• [29] Perng K, Liu K.S., Lin I.N., Appl. Surf. Sci. 142 (1999) 494.
• [30] Forrest R.D., Burden A.P., Khan R.U.A., Silva S.R.P., Surf.. Coatings Technol. 108-109 (1998) 577.
• [31] May P. W., Hohn S., Ashfold M.N.R., Wang W.N., Fox N., Davis T.J., Steeds J.W., J. Appl. Phys., 84 (1998) 1618.
• [32] Lee K-R., Eun K. Y., Lee S., Jeon D-R., Thin Solid Films 290-291 (1996) 171.
• [33] Givargizov E.I., Zhirnov V.V., Stepanova A.N., Rakova E.V., Kiselev A.N., Plekhanov P.S., Appl. Surf. Sci., 87/88 (1995) 24.
• [34] Xu N.S., Tzeng Y., Latham R.V., J. Phys. D 26 (1993) 1776.
• [35] Haś Z., Mitura S., Thin Solid Films, 128 (1985) 353.
• [36] Fabisiak K., Banaszak A., Kaczamarski M., Functional Material, 10 (2003) 117
• [37] Gruen D.M.,Annu. Rev. Mater. Sci., 29 (1999) 211.
• [38] Griming O., Kuttel O.M., Griming P., Schlapbach L., Appl. Surface Sci., Ill (1997) 135.
• [39] Staryga E., The electrical conductivity of the thin Diamond-like films, Zeszyty Naukowe Nr 902, Rozprawy Naukowe z. 307 (2002) (in Polish).
• [40] Tamor M.A., Vasseil W.C., Carduner K.R., Appl. Phys. Lett., 58 (1991) 592. .
• [41] Humphreys V.L., Khachan J., Electron. Lett, 31 (1995) 1018.
• [42] Silva S.R.P., Carey J.D., Diamond Relat. Mater., 12 (2003) 151.
• [43] Staryga E., Diamond Relat. Mater., 3 (1994) 865.
• [44] Staryga E., Chaos, Solitons and Fractals, 10 (1999) 2075.
• [45] Forbes R., Solid State Electr. 45 (2001) 779.
• [46] Staryga E., Bąk G.W., Diamond Relat. Mater., 14 (2005) 23.
• [47] Nebel C.E., Semicond. Sci. Technoí., 18 (2003) Sl.
• [48] Cui J.B., Stammler M., Ristein J., Ley L., J. Appl. Phys., 88 (2000) 3667.
• [49] Wisitsorat-at A., Micropatterned Diamond Vacuum Field Emission Devices, Nashville, Tennesse, 2002.