Field emission and microstructural characterization of diamond films deposited by HF CVD method

• Autorzy: Jarzyńska D. , Staryga E. , Znamirowski Z. , Fabisiak K. , Gotszalk T. , Woszczyna M. , Strzelecki W. , Dłużniewski M.

Warianty tytułu

PL

Emisja polowa i charakterystyka mikrostruktury warstw diamentowych nanoszonych przy użyciu metody HF CVD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electron emission from diamond films (DF) deposited using HF CVD technique on silicon substrates has been studied. The field emission characteristics were analyzed using the Fowler-Nordheim model. The diamond films were also characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Raman Spectroscopy (RS) and Electron Spin Resonance (ESR) techniques. The correlation between electron field emission of investigated films, Raman spectra and concentration of paramagnetic centres has been discussed. The electron emission properties of diamond films improved after doping with nitrogen. The field emission was obtained at turn-on electric field equal to about 10 V/µm and about 3 V/µm, for undoped diamond films and N-doped diamond films, respectively. It seems that the change of turn-on field values and other emissive properties of thin diamond layers may be caused by different content of non-diamond phase (e.g. graphite phase) induced by doping.

PL

Przeprowadzono badania emisji polowej z warstw diamentowych osadzonych przy użyciu metody HF CVD na podłożach krzemowych typu n i p. Charakterystyki emisyjne analizowano na podstawie modelu Fowlera-Nordheima. Wytworzone warstwy scharakteryzowano przy użyciu następujących metod: SEM, AFM, spektroskopii Ramana i Elektronowego Rezonansu Spinowego (ESR). Przeprowadzono dyskusję wyników, wskazując na korelację pomiędzy wynikami emisji polowej a koncentracją centrów paramagnetycznych oraz widmami ramanowskimi badanych warstw diamentowych. Zaobserwowano znaczną poprawę właściwości emisyjnych heterostruktur, w których warstwa diamentowa domieszkowana została azotem. Dla układów z niedomieszkowanymi warstwami diamentowymi wartość natężenia pola włączeniowego wynosiła około 10 V/ µm, zaś dla domieszkowanych azotem warstw diamentowych wartość ta równa jest 3 V/µm. Różnice w wartościach pola włączeniowego dla odpowiednich układów wynikają prawdopodobnie z różnej zawartości materii grafito-podobnej w badanych warstwach diamentowych. Warstwy domieszkowane azotem są silnie zdefektowane i zawierają znaczną ilość materii grafitopodobnej.

Słowa kluczowe

EN

diamond film; doping; electron emission

PL

warstwa diamentowa; domieszkowanie; emisja elektronowa

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Scientific Bulletin. Physics / Lodz University of Technology
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28
• Strony: 13--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz.

Twórcy

autor

Jarzyńska D.

autor

Staryga E.

autor

Znamirowski Z.

autor

Fabisiak K.

autor

Gotszalk T.

autor

Woszczyna M.

autor

Strzelecki W.

autor

Dłużniewski M.

• Institute of Physics, Technical University of Łódź

Bibliografia

• [1] Graebner J.E., Jin S., Kammlott G.W., Herb J.A., Gardinier C.F.: Nature 359(1992)401.
• [2] Bogdanov A.V., Vikulin I.M., Bogdanova T.V.: Sov. Phys. Semicond. 16 (1982) 720.
• [3] Bachmann P.K., Nemanich R.J.: Diamond. Relat. Mater. 7 (1998) 612.
• [4] Obraztsov A.N., Zakhidov Al.A.: Diamond Relat. Mater. 13 (2004) 1044.
• [5] Robertson J.: Thin Solid Films 296 (1997) 61.
• [6] Carey J.D., Forrest R.D., Khan R.U.A., Silva S.R.P.: Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 2006.
• [7] Kang W.P., Wisitsora-at A., Davison J.L., Kerns D.V., LiQ., Xu J.F., Kim C.K.: J. Vac. Sci. Technol. B 16 (1998) 684.
• [8] Roberson J.: J. Vac. Sci. Technol. B 17 (1999) 659.
• [9] Forbes R.G.: Solid State Electronics 45 (2001) 779.
• [10] Xu N.S., Tzeng Y., Latam R.V.: J. Phys, D: Apel. Phys. 26 (1993) 1776.
• [11] Xu N.S., Latam R.V., Tzeng Y.: Electron Lett. 29 (1993) 1596.
• [12] Zhu W., Kochanski P.G., Jin S., Seibles L., J.Yac. Sci. Technol. B 14 (1996) 2011.
• [13] Grőning O., Kűttel O.M., Grőning P., Schlapbach L.: J. Vac. Sci. Technol. B. 17 (1999) 1064.
• [14] Geis M.W., Twichell J.C., Macaulay J., Okano K.: Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 1328.
• [15] Arora S., Yankar V.D.: Thin Solid Films, 515 (2006) 1963.
• [16] Fabisiak K., Banaszak A., Kaczamarski M.: Functional Materiał 10 (2003) 117.
• [17] Fowler R.H., Nordheim L.: Proc. Roy. Soc. Łon. Ser. A. 119 (1928) 173.
• [18] Knight D.S., White W.B.: J. Mater. Res. 4 (1989) 385.
• [19] Fabisiak K., Patyk J.K., Rozpłoch F.: Acta Physica Polonica A 87 (1995) 145-149.
• [20] Gruen D.M., Annu. Rev. Mater. Sci. 29 (1999) 211.
• [21] Li J.J., Zheng W.T., Gu C.Z., Jin Z.S., Gu G.R., Mei X.X., Mu Z.X., Dong C.: Appl. Phys. A 81 (2004) 357.
• [22] Kalish R., Lifshitz Y., Nugent K., Prawer S.: Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 2936.
• [23] Sails S.R., Gardiner D.J., Bowden M., Savage J., Rodway D.: Diamond Relat. Mater. 5 (1996) 589.
• [24] Ralchenko V.G., Smolin AA., Pereverzev V.G., Obraztsova EJ)., Korotoushenko K.G., Konov V.L, Lakhotkin Yu.V., Loubnin E.N.: Diamond Relat. Mater. 4 (1995) 754.
• [25] Toyama T., Koide Y., Murakami M.: Diamond Relat. Mater. 11 (2002) 1897.
• [26] Loubser J.H., Van Wyk J.A.: Rep. Progr. Phys. 41 (1978) 1203.
• [27] Smith M.J.A., Angel B.R., Emmons R.G.: Nature 210 (1966) 692.
• [28] Fabisiak K., Rozpłoch F.: Appl. Magn. Reson. 12 (1997) 53.
• [29] Fanciulli M., Moustakas T.D.: Phys. Rev. B. 48 (1993) 1498.
• [30] Loubser J.H.N., Wyk J.A.Y.: Rep. Prog. Phys. 41 (1978) 1201.
• [31] Samlenski R., Haug C., Brenn R., Wild C., Rocher R., Koidl P.: Diamond Relat. Mater. 67 (1996) 947.
• [32] Smith W.V., Sorokin P.P., Gelles L, Lasher G.J.: Phys. Rev. 41 (1959) 1546.
• [33] Iakoubovskii K., Adriaenssens G.J.: Diamond Relat. Mater. 9 (2000) 1349.
• [34] Banaszak A., Fabisiak K., Kaczorowski M., Kozanecki M.: Cryst. Res. Technol. 41 (2006) 535.
• [35] Jarzynska D., Znamirowski Z., Starga E., Gotszalk T., Woszczyna M., Fabisiak K.: Proc. International Conference Vacuum and Plasma Surf. Engineering, 26-27th October 2006, Liberec-Hejnice, Czech Republic, Abstract p. 25.
• [36] Okano K., Koizumi S., Ravi S., Silva P., Gehan A., Amaratunga J.: Nature 381 (1996) 140.
• [37] Luo J.Y., Liu K.S., Lee J.S., Lin I.N., Cheng H.F.: Diamond Relat. Mater. 7 (1998) 704.
• [38] Orzeszko S., Bała W., Fabisiak K., Rozpłoch F.: Phys. Stat. Sol.(a). 81 (1984)579.
• [39] Staryga E., Bąk G.W.: Diamond Relat. Mater. 14 (2005) 23.