Автоэлектронная эмиссия из нано-углеродных материалов

Захидов, Александр Анварович

Автоэлектронная эмиссия из нано-углеродных материалов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Захидов, Александр Анварович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Автоэлектронная эмиссия из нано-углеродных материалов»

Автореферат диссертации на тему "Автоэлектронная эмиссия из нано-углеродных материалов"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА Физический факультет

На правах рукописи

ЗАХИДОВ Александр Анварович

АВТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ ИЗ НАНО-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 01.04.07 — физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 2006 г.

Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор А.Н. Образцов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор А.В. Елецкий

доктор физико-математических наук,

профессор

В.В. Клечковская

Ведущая организация: Московский физико-технический институт.

Защита диссертации состоится " 2006 года на

заседании специализированного Совета Д 501.002.01 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2, г. Москва, Ленинские горы, физический факультет МГУ, ауд.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан " 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.501.002.01 при МГУ им. М.В. Ломоносова кандидат физико-математических наук, доцент

Т.В. Лаптинская

Общая характеристика работы.

Диссертационная работа посвящена изучению нано-структурированных углеродных материалов и включает проведение исследований по их синтезу, всестороннему анализу структурных и других характеристик, а также по некоторым их специфическим свойствам, связанным с эмиссией электронов в вакуум. Материалы, исследованию которых посвящена диссертация, включают пленки, состоящие из нано-размерных кристаллитов графита и массивов ориентированных углеродных нанотрубок. Нано-углеродные пленки получались осаждением из газовой фазы, активированной электрическим разрядом или нагревом. Структурные исследования проводились методами электронной микроскопии и дифракции, а также с помощью комбинационного рассеяния света. Для исследования электронной эмиссии и сопутствующих ей явлений были созданы оригинальные методики и оборудование. Интерпретация результатов экспериментальных наблюдений проводилась с помощью известных теоретических подходов, также используя новые теоретические подходы на основе предложенных в работе феноменологических моделей и механизмов.

Актуальность темы. Получение и исследование различных свойств нано-углеродных материалов является одним из актуальных направлений современной науки. Разнообразные нано-углеродные материалы были открыты сравнительно недавно и представляют собой аллотропные формы углерода, для которых хотя бы один из линейных размеров составляет несколько нанометров. Уникальные механические свойства, высокая стабильность и химическая инертность, необычные электронные и оптические свойства нано-углеродных материалов представляют не только фундаментальный научный, но и значительный практический интерес, особенно в сфере нанотехнологии. В последнее время особый интерес привлекает исследование автоэлектронной эмиссии из нано-углеродных материалов, отличительной особенностью которых является аномально низкое значение напряжения, требуемое для возникновения заметных эмиссионных токов. С научной и практической точки зрения особо актуальными представляются однородные пленочные автокатоды

на основе нано-углеродных пленок, нанесенных на различные подложки. Большая однородная поверхность таких катодов позволяет адекватно определить основные макроскопические параметры эксперимента (напряженность электрического поля, плотность тока, количество эмиссионных центров и.т.д.). Практический интерес к плоским катодам вызван их возможным применением для плоских дисплеев и сильноточной вакуумной электроники.

Основное внимание в литературе уделяется исследованию автокатодов на основе углеродных нанотрубок. Многочисленные экспериментальные исследования свидетельствуют с одной стороны, о чрезвычайно высокой эффективности нано-углеродных катодов, а, с другой стороны, о невозможности адекватной интерпретации этих данных в рамках теории автоэлектронной эмиссии Фаулера-Нордхейма, предложенной для металлов, а также в ее модификациях, разработанных для других материалов (полупроводников).

Одним из важных экспериментальных явлений, проявляющимся при автоэмиссии из углеродных катодов является испускание света, сопутствующее эмиссии электронов. На данный момент существует несколько экспериментальных наблюдений подобного излучения для определенного типа нано-углеродных эмиттеров (главным образом углеродных нанотрубок). При этом в литературе нет единого мнения о природе данного явления. В большинстве работ исследователи придерживаются мнения о тепловом характере данного излучения и его тесной связи со структурной деградацией катода. Таким образом, данный вопрос имеет не только фундаментальное, но также и прикладное значение, так как определяет стабильность работы устройств с такими катодами.

Целью работы было определение закономерностей низковольтной автоэлектронной эмиссии и свечения катодов из нано-углеродных материалов и построение модели, позволяющей непротиворечивым образом объяснить указанные экспериментальные наблюдения, с учетом особенностей структурных и электронных свойств нано-углеродных материалов.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследований: синтез нано-углеродных пленок; изучение их структурных, морфологических характеристик и состава; создание экспериментальной установки для измерений автоэлектронной эмиссии из плоских катодов; проведение сравнительного экспериментального исследования и компьютерного моделирования параметров автоэлектронной эмиссии из различных нано-углеродных материалов; разработка теоретических представлений, позволяющих адекватную интерпретацию полученных экспериментальных фактов.

Научная новизна результатов.

- Предложена феноменологическая статистическая модель автоэлектронной эмиссии из нано-структурированных углеродных пленок, качественно объясняющая отклонение экспериментальных вольтамперных характеристик катодов от зависимостей, предсказываемых теорией Фаулера-Нордхейма;

- Предложена новая качественная модель, предполагающая формирование двойного потенциального барьера на поверхности нано-углеродного эмиттера и объясняющая, на этой основе, эффект низковольтной эмиссии электронов.

- Наряду с известным типом свечения, сопровождающим автоэлектронную эмиссию из многослойных углеродных нанотрубок, обнаружен новый тип свечения, обусловленный деградацией эмиттеров. Обнаружена зависимость этого свечения от характера используемого напряжения (импульсное или постоянное).

- Разработан способ вакуумного переосаждения многослойных углеродных нанотрубок с поверхности катода на различные подложки с помощью импульсного напряжения, прикладываемого между катодом и подложкой-анодом.

- Создано экспериментальное оборудование, разработаны методики для проведения исследований автоэмиссионных свойств пленочных нано-углеродных катодов.

Практическая ценность работы. Представленные в работе экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о высокой эффективности и стабильности автоэлектронной эмиссии из наноструктурированных углеродных пленок. Данный материал может быть использован для создания холодных катодов, с высокой эффективностью, сравнительно низким рабочим напряжением и длительным временем эксплуатации для использования, как в традиционных приборах вакуумной техники, так и в принципиально новых устройства. В работе также показано, что массивы ориентированных углеродных нанотрубок при • использования импульсного режима АЭ могут быть контролируемым образом переосаждены на анод. При этом переосажденный материал сохраняет свои структурные свойства. Данный способ вакуумного переосаждения открывает новые технологические перспективы для нанесения массивов многослойных углеродных нанотрубок на легкоплавкие проводящие поверхности и тонкие органические пленки.

Положения, выносимые на защиту:

- нано-углеродные автокатоды, состоящие из нано-размерных кристаллитов графита проявляют аномальные эмиссионные характеристики, отличающиеся от предсказываемых теорией Фаулера-Нордхейма;

- отклонение вольтамперных зависимостей для нано-углеродных автокатодов в низковольтной области от поведения, предсказываемого теорией Фаулера-Нордхейма, на качественном уровне объясняется статистическим разбросом в геометрических характеристиках эмиссионных центров;

- модификация теории Фаулера-Нордхейма с учетом наличия двойного потенциального барьера на поверхности автоэмиссионного центра позволяет получить адекватное количественное описание эмиссии и сопутствующих явлений в нано-углеродных материалах;

характеристики этого свечения различаются при использовании постоянного и импульсного напряжения;

— предложен способ практического использования процесса вакуумного переосаждения массивов ориентированных многослойных углеродных нанотрубок в режиме импульсного напряжения с высокой скважностью на различные подложки.

Апробация работы. Представленные в диссертации результаты были доложены на различных научных конференциях и семинарах, в том числе: International Topical Meeting on Field Electron Emission From Carbon Materials, 2001 - Moscow (Russia); Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», 2002, 2005,

- Москва; 15lh International Vacuum Microelectronics Conference & 48th International Field Emission Symposium, 2002 — Lyon (France); Fourth International Vacuum Electron Sources Conf., 2002 - Saratov (Russia); European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes (EUROMAT), 2002, 2003 -Lausanne (Switzerland); Nano and Giga Challenges in Microelectronics research and Opportunities in Russia. Symposium and Summer School, 2002 — Moscow (Russia); European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide "DIAMOND" 2002 - Granada (Spain), 2003 -Saltsburg (Austria), 2005 — Toulouse (France); Annual Conference, of Doctoral Students "WDS",2003 - Prague, (Czech Republic); Seventh Applied Diamond Conference/Third Frontier Carbon Technology Joint Conference (ADC/FCT 2003) 2003 — Tsukuba (Japan); International Winterschool Euroconference on Electronic Properties of Novel Materials, 2004, 2006 - Kirchberg (Austria); Meeting of Material Research Society MRS Fall meeting, 2004 - Boston (USA).

Публикации. По материалам исследований, представленных в диссертации опубликовано 11 статей в реферируемых научных журналах и сборниках и 1 электронная статья. Список статей приводится в конце диссертации. В результате проведенных исследований был подан совместный патент в США (номер заявки 11/271,571).

Личный вклад. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично

соискателем. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены совместно соавторами опубликованных работ при непосредственном участии соискателя.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Общий объём работы 143 страницы. Диссертация содержит 48 рисунков, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 128 наименований.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы основные цели работы, показаны научная новизна и практическая ценность, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит анализ имеющихся данных по тематике исследования. Рассмотрены вопросы взаимосвязи структурно-морфологических особенностей и автоэмиссионных свойств проводников, полупроводников, различных углеродных материалов, в том числе и нано-углеродных материалов.

В первом параграфе приводятся некоторые наиболее общие сведения об автоэлектронной эмиссии (АЭ) из проводников и полупроводников и о сложившейся терминологии, используемой при описании этого явления. В частности анализируются основные положения классической теории Фаулера-Нордхейма (ФН) для автоэлектронной эмиссии из металлов, которая представляет собой туннелирование электронов проводимости через потенциальный барьер на поверхности твердого или жидкого тела, образованный постоянным полем и действием поляризационных сил [1]. Теория ФН позволяет произвести расчет плотности автоэмиссионного тока J от величины электрического поля Е, при этом в качестве модели проводника используется Зоммерфельдовская модель свободных электронов, находящихся в потенциальном ящике, а прозрачность потенциального барьера для электрона, туннелирующего в процессе эмиссии, вычисляется с помощью квазиклассического метода Вентцеля-Крамерса-Бриллюэна.

Во втором параграфе проводится рассмотрение особенностей АЭ из нано-

размерных объектов. Показано, что экспериментальные исследования нано-размерных автоэмиссионных катодов из различных материалов выявили их значительные преимущества по сравнению с обычными эмиттерами с остриями макроскопических (микронных) размеров. В данном параграфе также критически рассматриваются основные положения теории ФН и их применимость в случае нано-размерных эмиттеров.

В третьем параграфе дается классификация углеродных материалов, а также обзор структурно-морфологических, электронных и других свойств углеродных материалов. Описаны свойства наиболее перспективных для использования в качестве автоэмиссионных катодов алмазоподобных и графитоподобных материалов. При этом особое внимание уделено открытым сравнительно недавно нано-углеродным структурам - углеродным нанотрубкам. Уникальное свойство алмаза и алмазоподобных материалов иметь отрицательное или низкоположительное сродство электрону признается многими исследователями перспективным для получения электронной эмиссии при низких электрических полях. Однако само по себе отрицательное сродство не может объяснить экспериментально наблюдаемую АЭ, так как алмаз является широкозонным полупроводником. В литературе обсуждаются возможности инжекции электронов в зону проводимости алмазоподбных эмиттеров из проводящих углеродных включений, а также легирования алмазных материалов для создания донорных уровней с низкой энергией активации. Экспериментальные исследования АЭ из углеродных нанотрубок показывают, что отличительной особенностью данного типа эмиттеров является аномально низкое значение напряжения, требуемое для возникновения заметных эмиссионных токов. Величина соответствующего порогового электрического поля, создаваемого на поверхности такого углеродного эмиттера оказывается существенно ниже, чем это предсказывается теорией ФН. Сделан вывод о том, что существующая теория ФН и ее модификации, состоящие в изменении величин используемых параметров, не позволяют объяснить всей совокупности экспериментальных фактов, наблюдаемых для АЭ из нано-углеродных материалов.

В четвертом параграфе рассматривается круг явлений, сопутствующих АЭ, таких, как излучение света, разогрев эмиттера и десорбция остаточных газов. Все эти явления тесно связаны с вопросами стабильности эмиссии, особенно при больших АЭ токах. Особенное внимание уделено явлению излучения света, которое наблюдается в процессе АЭ из нано-углеродных материалов. Согласно экспериментальным данным различных исследователей, причиной свечения углеродных материалов в процессе эмиссии может выступать либо разогрев эмиттера, либо электролюминесценция катода. При этом, в последнем случае, не существует теоретической модели способной хотя бы качественно предсказать механизм подобной электролюминесценции. Сделан также вывод о том, что, несмотря на внушительное количество экспериментальных данных, на данный момент вопрос о стабильности АЭ из различных нано-углеродных катодов остается открытым. Остается неясным, в каких условиях, и какие именно факторы определяют стабильность работы того или иного катода.

Вторая глава диссертации посвящена описанию экспериментальных методик используемых для получения образцов и исследования их структурно-морфологических и автоэмиссионных свойств. В работе исследовались два основных типа образцов: нано-структурированные углеродные пленки (НУП) и массивы ориентированных многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ). В первом параграфе описаны методы получения образцов. Образцы НУП были получены на Физическом факультете МГУ методом газофазного химического осаждения (ГФХО) в плазме разряда постоянного тока, инициированного в газовой смеси метан — водород. Важной особенностью данного метода является то, что он не требует присутствия катализатора и таким образом позволяет создавать углеродные пленки, не содержащие каких-либо неуглеродных примесей. Образцы массивов ориентированных МУНТ также были изготовлены методом ГФХО в газовой смеси гелий - ацетилен, в присутствии катализатора (нано-частицы железа). Образцы МУНТ были получены совместно с М. Занг в Университете Техаса в Далласе (США). Оба типа нано-углеродных пленок наносились на проводящие кремниевые подложки.

Во втором параграфе кратко описаны методы, использовавшиеся для определения фазового состава и в структурно-морфологических исследованиях образцов. Фазовый состав и структурные особенности синтезированных материалов исследовались методом комбинационного рассеяния света. Спектры КРС регистрировались прибором Ramanor U1000 фирмы Jobin Yvon (Физический факультет МГУ). Морфология и структура исследуемых материалов изучались методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Исследования с помощью метода растровой электронной микроскопии (РЭМ) проводились совместно с A.B. Гаршевым (Факультет наук о материалах МГУ) на приборе LEO Supra 50 VP. Данный прибор оснащен детектором рентгеновского излучения, что позволяет проводить рентгеноспектральный анализ элементного состава микрообъемов образца по возбуждаемому в них характеристическому рентгеновскому излучению. Исследование образцов методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) проводились совместно с С.С. Абрамчуком (Физический факультет МГУ), на микроскопе LEO 912 AB Omega. Исследования образцов на ПЭМ высокого разрешения с автоэмиссионным катодом проводились совместно с JI. Бингхаем в Национальном Университете Сингапура на микроскопе Jeol JEM 2010F, а также совместно с М. Занг в Далласком Университете, США на приборе Jeol JEM 2100F.

В третьем параграфе описаны методики изучения автоэлектронной эмиссии. Изучение автоэмиссионных свойств образцов производилось на специально разработанной оригинальной установке, состоящей из измерительной ячейки и вакуумного поста на базе турбомолекулярного насоса. Измерения проводились при вакууме не хуже 10"6 Topp, при комнатной температуре. Автоэмиссионные характеристики углеродных катодов исследовались в конфигурации вакуумного диода с плоскими электродами. Анод представлял собой стеклянную пластину с прозрачным электропроводящим слоем из смеси оксидов олова и индия (ITO). Проводящая ГГО пленка была покрыта слоем катодолюминофора, излучавшего свет под действием электронов, эмитированных из катода. Для проведения длительных

измерений, а также для измерения больших плотностей эмиссионного тока использовался также анод в виде полированной вольфрамовой пластины. Параллельность анода и катода обеспечивалась прецизионным механическим регулятором наклона образца Thermionics GBLM-1.5. Расстояние между катодом и анодом контролировалось при помощи механической прецизионной вертикальной подачи Thermionics FLMM-275-50, снабженной микрометрическим винтом. Для точного определения абсолютного значения расстояния между катодом и анодом была разработана методика, основанная на измерении порога эмиссии при различных расстояниях между электродами. Измерения вольтамперных характеристик (ВАХ) проводились с помощью специально разработанной автоматизированной системы. Блок питания позволял получать постоянное выходное напряжение от 35 до 2000 В при токе до 5 мА. Измерение величины эмиссионного тока проводилось с помощью прецизионного усилителя в диапазоне от 10"" до 10"2 А. Для контроля измерительной системы и записи данных использовался персональный компьютер, снабженный PCI платой ЦАП/АЦП L-Card L-761.

Автоэмиссионные свойства НУП также изучались методом автоэмиссионной сканирующей зондовой микроскопии (SAFEM). Исследования проводились совместно с О. Грёнингом на оригинальной установке разработанной О. Грёнингом и Л.О Нилсоном, в Институте Физики во Фрибурском университете в Швейцарии.

Спектры оптического излучения, возникающего в процессе АЭ, регистрировались спектрометром SSR Optical Multichannel Analyzer 1205А.

В третьей главе представлены оригинальные результаты по исследованию свойств нано-структурированных углеродных пленок. В первом параграфе приведено описание исследований фазового состава и структурно-морфологических особенностей изучаемых образцов. Показано, что НУП представляют собой пористый материал, состоящий из пластинчатых структур, имеющих' преимущественную ориентацию их протяженной части в направлении перпендикулярном плоскости подложки (см. Рис. 1.). В поперечном направлении размер этих пластинчатых образований составляет 50

— 100 нм у основания и 5 — 10 нм у вершины. При этом размер в продольном направлении составляет от долей до единиц микрометра, а высота 1—2 микрометра. Также на поверхности пленки могут наблюдаться иглоподобные образования, диаметр которых у основания составляет от нескольких десятков до сотен нанометров, а длина до 1,5 — 2 микрометров. Микроструктура данных образований соответствует многослойным углеродным нанотрубкам.

(а) Типичное РЭМ изображение поперечного скола образца НУП, выращенного на кремнии.

(б) Микрофотография ПЭМ отдельной наночешуйки. Параллельные линии на изображении соответствуют атомным слоям в нано-кристаллите графита. Расстояния между слоями — 0,34 нм.

Второй параграф посвящен изложению экспериментальных результатов исследования АЭ из НУП. Проведенные исследования показывают, что порог эмиссии, при котором плотность автоэмиссионного тока достигает значения 1 нА/см2, для НУП составляет 1,5 В/мкм (зазор анод-катод 400 мкм). При этом плотность тока в 10 мкА/см2 достигается при полях около 2,2 В/мкм. Плотность эмиссионных центров для исследованных образцов, по. разным методикам подсчета, составляет около 105 -106 см"2.. Различия в оценке плотностей АЭ центров, получаемые при анализе изображений, полученных в режиме плоского вакуумного диода с катодолюминофорным экраном, от результата, получаемого в методе автоэмиссионной сканирующей зондовой микроскопии, объясняются

Рис. 1

измерительным артефактом последнего метода. Отмечено, что экспериментальные ВАХ нано-углеродных пленочных катодов в области малых полей значительно отличаются от зависимости, предсказываемой теорией ФН. Это отличие выражается в отклонении ВАХ, изображенной в данной области в координатах ФН, от линейного закона (см. Рис. 2).

у.в Рис. 2

Типичная ВАХ НУП катода. На вставке приведена ВАХ в координатах ФН. Точками показаны экспериментальные значения. Сплошная линия представляет собой теоретическую кривую, построенную согласно предложенной в работе статистической модели.

В третьем параграфе проводится анализ полученных экспериментальных данных с учетом статистического распределения геометрических характеристик различных АЭ центров (аналогично работе [2]). Предложена феноменологическая статистическая модель автоэмиссии из НУП, в рамках которой предполагается, что эмиссия из каждого отдельного АЭ центра подчиняется классической модели ФН, однако имеется отличие в геометрических параметрах различных центров. Показано, что учет

статистического распределения величин, описывающих геометрические характеристики эмиссионных центров, позволяет получить адекватное качественное описание экспериментальных результатов по АЭ (см. Рис. 2). В то же время показано наличие количественного несоответствия параметров эмиссионных центров, рассчитанных в соответствии с теорией ФН: аномально высокая плотность тока и низкие пороги эмиссии. Данное несоответствие указывает на возможность существования других механизмов эмиссии.

Для объяснения особенностей АЭ из нано-углерода в работе предложены модель автоэмиссионного центра и механизм эмиссии, изложенные в четвертом параграфе третьей главы. В соответствии с предлагаемым механизмом АЭ в нано-углеродных катодах происходит в результате резонансного туннелирования на границе sp2 и sp3 нано-структурированного углерода. Такие углеродные гетеропереходы могут образовываться при изгибе атомных слоев графена [3]. Наличие на поверхности эмиттера, состоящего в основном из графитоподобного (sp2) материала, атомов с модифицированной электронной структурой (sp3) приводит к тому, что эмитируемые в вакуум электроны должны последовательно туннелировать через два потенциальных барьера, а не через один, как это имеет место в традиционной теории ФН. При этом первый потенциальный барьер образуется на границе проводник (sp2 углерод) -диэлектрик (sp3 углерод), а второй на границе диэлектрик — вакуум (см. Рис. 3). На приведенном рисунке серым цветом обозначены разрешенные электронные состояния. При этом поверхностный слой атомов с алмазоподобным типом связей представлен отдельной квантовой ямой с уровнем Ферми между нижним не занятым состоянием (LUS) и верхним занятым состоянием (HOS). Естественно предположить что, как и для дефектного алмаза, уровень Ферми приходится на середину энергетического зазора HOS-LUS. Кроме того, в энергетическом зазоре HOS-LUS могут находиться энергетические уровни поверхностных состояний.

резонансное состояние Ефсрми

НОБ

ШШ

(а)

(б)

Рис.3

Схематическое изображение энергетической диаграммы поверхности НУП—вакуум без внешнего электрического поля (а) и при наличии внешнего поля (б). Пунктирными линиями показаны квантовые ямы, образованные атомами углерода, составляющими материал эмиттера. Внешнее поле вызывает сдвиг поверхностных уровней энергии, изменяя положение поверхностных состояний и их резонансное совпадение (при определенном значении поля) с уровнем Ферми.

Эмиссионный ток определяется вероятностью туннелирования электронов из материала эмиттера в вакуум и при нулевой абсолютной температуре в наиболее общем виде плотность тока может быть выражена в виде:

7 = 2 е^жТ(еш,Е)с&, (1)

где к — волновой вектор электрона, Ег - энергия электрона в среде, Е — напряженность электрического поля у поверхности, направленная вдоль оси г, е

1 дег

- заряд электрона, п - постоянная Планка, у х - ~ ^ - групповая скорость

электрона и Т(^,Е) — коэффициент прозрачности, который должен быть вычислен для системы из двух барьеров (см .Рис. 3 (б)).

В диссертационной работе показано, что для такой модели АЭ центра, имеющего на поверхности гетеропереход эр2 - эр3, выражение для коэффициента прохождения электрона через два последовательных барьера может быть представлено в виде:

Т{Ег,10 =

л/ВД

где 7/ и Т2 соответственно коэффициенты прозрачности первого и второго барьера, а выражения в фигурных скобах представляют собой соответствующие фазовые соотношения для каждого слагаемого.

В случае резонансного туннелирования, при котором (р4-(р'4=2лп, было получено выражение для величины плотности АЭ тока:

3 =

8лй

Ал-1Ъп(2(д>)ъп А ^ ЗеЕ

(3)

где тп — масса электрона, параметр х~ эффективная высота первого барьера, а м> — его эффективная ширина. При выбранных параметрах модели 0=4,5 эВ; 1^=0,4 нм) получено, что резонансный АЭ ток больше, чем для модели ФН в «Ю4 раза, что позволяет разрешить полученное указанное в предыдущем параграфе.

Для подтверждения того, что АЭ свойства исследуемых НУП определяются главным образом не морфологией, а структурными и электронными особенностями поверхности пленки был поставлен специальный эксперимент: на участок поверхности НУП наносилась тонкая пленка золота методом термического распыления в вакууме. Согласно РЭМ изображениям, можно сделать вывод, о том, что толщина напыленной таким образом золотой пленки была значительно меньше линейных размеров наночешуек. При этом, поскольку работа выхода золота приблизительно равна работе выхода графита, согласно теории ФН можно было бы ожидать идентичность АЭ свойств исходного материала и НУП с напыленной золотой пленкой. Однако непосредственные измерения АЭ свойств НУП с участком поверхности, запыленным золотой пленкой показывают, что в запыленной области значительно меньше автоэмиссионных центров и, кроме того, их плотность тока значительно меньше, чем в исходном материале. Описанный эффект

находится в согласии с предложенным в данной работе низковольтным механизмом АЭ. Естественно, что даже атомарно тонкое напыление золота нарушает поверхностную систему уровней. Это приводит к тому, что в запыленных золотом участках НУП не реализуется резонансное туннелирование электронов, что и фиксируется в эксперименте.

Предложенные модель эмиссионного центра и механизм резонансного туннелирования через два последовательных барьера позволяют непротиворечивым образом объяснить экспериментально наблюдаемые особенности АЭ из широкого класса различных углеродных материалов, а также предложить объяснение для явления электролюминесценции экспериментально наблюдавшейся при АЭ из углеродных нанотрубок [4].

В четвертой главе представлены оригинальные результаты по исследованию свойств массивов ориентированных многослойных углеродных нанотрубок. В первом параграфе приведено описание результатов исследований фазового состава и структурно-морфологических особенностей исследуемых образцов. Типичные изображения массивов ориентированных МУНТ, полученные методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии, приведены на Рис. 4. Из рисунка видно, что массив МУНТ обладает преимущественной ориентацией нанотрубок перпендикулярно подложке, что вызвано их взаимной ориентацией во время роста. Диаметр трубок составляет приблизительно от 10 до 40 нм, а длина может варьироваться в пределах от 30 до 200 мкм. Таким образом общая плотность МУНТ на подложке составляет не менее Ю10см2.

Второй параграф посвящен описанию изучения автоэмиссионных

характеристик массивов ориентированных многослойных углеродных

нанотрубок. Приведены экспериментальные данные о ВАХ и распределении АЭ

центров. Показано, что, хотя АЭ характеристики и являются достаточно

хорошими по сравнению с катодами из других материалов, они все же

несколько хуже, чем соответствующие параметры для НУП катодов. Сделан

вывод о том, что доля эффективно эмитирующих МУНТ весьма низка (не

превышает 10"7), что может быть объяснено эффектом взаимного экранирования

соседних трубок. Также сделан вывод о том, что для исследованных образцов массивов МУНТ достаточно адекватным является механизм эмиссии, который рассматривает АЭ из МУНТ как эмиссию из проводящих острий, полностью соответствующую теории ФН.

(а) Типичные РЭМ изображения для массивов МУНТ на подложке.

(б) ПЭМ изображение отдельной МУНТ. Параллельные линии на изображении соответствуют цилиндрическим атомным слоям, разделенным промежутком 0,34 нм.

В третьем параграфе описано наблюдение и изучение эффекта свечения МУНТ, сопровождавшего автоэмиссию. Свечение образца в режиме постоянного напряжения наблюдалось при величине плотности АЭ тока, превышающей 5 мкА/см2. При этом величина приложенного (макроскопического) поля Р составляла около 4,3 В/мкм. Данное свечение носило характер вспышек. Одновременно с появлением вспышек происходила

Рис.4

необратимая деградация катода. При повышении напряжения частота вспышек увеличивалась. При полях больше 8 В/мкм в режиме постоянного тока свечение образца становилось непрерывным. В этом режиме работы за короткое время происходило либо полное разрушение эмитирующего материала, либо короткое замыкание межэлектродного промежутка. Соответственно для образцов массивов ориентированных НУП, описанный выше механизм деградации существенно ограничивает максимально достижимое значение стабильного АЭ тока.

Понять механизм, определяющий динамику свечения, оказалось возможным при использовании импульсного режима АЭ. При работе в этом режиме использовался источник прямоугольных высоковольтных импульсов. Длительность импульсов напряжения составляла 10 мкс, а частота повторения 500 Гц. Таким образом, скважность сигнала составляла 200. Типичные спектры свечения МУНТ при АЭ в обоих описанных режимах показаны на Рис 5.

Рис. 5

Типичные спектры свечения МУНТ: (а) для режима постоянного напряжения 7=700 В, (б) для импульсного режима К=1500 В (в импульсе). Для обоих режимов межэлектродное расстояние составляло 100 микрон.

Спектры были получены в конфигурации со стеклянным анодом, покрытым проводящим слоем 1ТО. Совокупность полученных

экспериментальных данных позволяет предположить, что возникновение свечения и связанной с ним деградации катода является следствием сильного локального разогрева АЭ током области в месте контакта нанотрубки, нано-частицы катализатора и подложки. Данный разогрев приводит к испарению частицы катализатора, а также прилегающего фрагмента МУНТ. В этом случае в режиме постоянного напряжения в межэлектродном промежутке происходит вакуумный пробой. В то же время, в импульсном режиме, возможно подобрать такое соотношение длительности, частоты и амплитуды импульсов, при которых обеспечивается контролируемое свечение и деградация МУНТ. В соответствии с произведенной оценкой время разогрева до температуры плавления нано-частицы катализатора составляет А г-11 мкс, что сопоставимо с длительностью сигнала в импульсном режиме.

В четвертом параграфе описан разработанный в работе процесс контролируемого вакуумного переосаждения массивов МУНТ с катода на анод в импульсном режиме с высокой скважностью. По спектрам КРС, а также согласно полученным электронным микроскопическим изображениям структура и морфология переосажденных МУНТ близка к исходным. Данный метод позволяет наносить МУНТ на различные легкоплавкие подложки, а также на тонкие органические пленки. Одним из преимуществ метода является то, что в процессе нанесения трубок не происходит загрязнения образца посторонними примесями и обеспечивается надежный механический и электрический контакт МУНТ с подложкой.

Основные результаты работы.

1. Создано экспериментальное оборудование, разработаны методики для проведения исследований автоэмиссионных свойств пленочных нано-углеродных катодов.

2. Получены и исследованы нано-структурированные углеродные материалы, состоящие из нано-размерных кристаллитов графита и углеродных наотрубок. Получены данные о параметрах автоэлектронной эмиссии для катодов из нано-углеродных пленок.

3. Предложена статистическая модель автоэлектронной эмиссии из нано-структурированных углеродных пленок, качественно объясняющая отклонение экспериментальных вольтамперных характеристик катодов от зависимостей, предсказываемых теорией Фаулера-Нордхейма.

4. Предложена новая феноменологическая модель, предполагающая формирование двойного потенциального барьера на поверхности нано-углеродного эмиттера и объясняющая, на этой основе, эффект низковольтной эмиссии электронов.

5. Обнаружен эффект свечения и деградации эмиттеров, представляющих собой массивы ориентированных многослойных углеродных нанотрубок. Также обнаружена зависимость излучения света, сопровождающего эмиссию электронов, от характера используемого напряжения (импульсное или постоянное).

6. Предложен способ вакуумного переосаждения многослойных углеродных нанотрубок с поверхности катода на подложки из различных материалов с помощью импульсного напряжения, прикладываемого между катодом и подложкой-анодом.

Список литературы

1. Елинсон М.И., ВасильевГ.Ф. Автоэлектронная эмиссия. - М.: Физматгиз, 1958. 272 С.

2. Levine J.D. Statistical analysis of field emitter emissivity: Application to flat displays // J.Vac. Sci. Technol. B. -1995. -V. 13. -№ 2. - P. 553-557.

3. Hiura #., Ebbesen T.W., Fujita J., Tanigaki K„ Takada T. Role of sp3 defect structures in graphite and carbon nanotubes // Nature. - 1994. - V. 367. - № 6459. - P. 148-151.

4. Bonard J.-M., Stockli T., Maier F., de Heer W.A., Chatelain A., Salvetat J.-P., Forro L. Field-Emission-Induced Luminescence from Carbon Nanotubes // Phys. Rev. Lett. — 1998. - V. 81.-№7.-P. 1441-1444.

Публикации no теме диссертации

1. Obraztsov A.N., Zakhidov A.A., Volkov A.P., Lyashenko D.A. Non-classical electron field emission from carbon materials // Diamond and Related Materials. — 2003. — V. 12. — P. 446449.

2. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov A.A., Lyashenko D.A., Petrushenko Yu. V., Satanovskaya O.P. Field emission characteristics of nanostructured thin film carbon material // Appl. Surf. Science. - 2003. -V. 215. - P. 214-221.

3. Захидов Ал.А., Образцов A.H., Волков А.П., Ляшенко Д.А. Статистический анализ низковольтной автоэлектронной эмиссии из наноуглерода // ЖЭТФ. - 2003. — Т. 124. — Вып. 6.-С. 1391-1397.

4. Obraztsov А. N.. Zakhidov AI. А., Volkov А.Р., Lyashenko D.A. Nano-carbon materials for cold cathode applications // Microelectronic Engineering. — 2003. - V. 69. - P. 405-411.

5. Zakhidov A.A., Lyashenko D.A., Volkov A.P., Obraztsov A.N. Electron field emission from nanostructured carbon films // Proc. Of the 12th Annual Conf. Of Doctoral Students - WDS 2003, Prague, June. - 2003. - P. 573-576.

6. Lyashenko D.A., Zakhidov A.A., Volkov A.P., Obraztsov A.N. Nano-carbon cold cathodes: characterization and application 11 Proc. Of the 12th Annual Conf. Of Doctoral Students -WDS 2003, Prague, June. - 2003. P. 577-580.

7. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov Al.A., Petrushenko Yu.V., Satanovskaya O.P. Fundamental aspects and applications of low field electron emission from nanocarbons // Surface Engineering. - 2003. -V. 19. -№ 6. - P. 429-436.

8. Zakhidov Al. A., Obraztsov A.N. Low-field electron emission from nanocarbons // Diamond and Related Materials. - 2004. - V. 13. - P. 1044-1049.

9. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov Al.A., Lyashenko D.A., Petrushenko Yu.V., Satanovskaya O.P. Fundamental aspects and applications of low-field electron emission from nano-carbons // AIP Conf. Proc. Sept. 29. - 2004. - V. 723. - Iss. 1. - P. 490-497.

10. Захидов Ал. А. Образцов A.H., Волков А.П., Ляшенко Д.А. Механизм низковольтной эмиссии электронов из наноуглеродных материалов // ЖЭТФ. -2005. - Т. 127. - Вып.1. -С. 100-106.

И. Nanjundaswamy R., Zakhidov Al.A., Zhang M., Lee S.B., Sampson W.M., Obraztsov A.N., Cunningham A., Zakhidov A.A. Light Emission and Sublimation of Carbon Nanotubes Induced by Field Electron Emission from Oriented MWCNT Arrays // Proc. of MRS. - 2005. - V. 858E. -HH13.5 (electronic publication).

12. Obraztsov A.N., Groening O., Zolotukhin A.A., Zakhidov Al.A., Volkov A.P. Correlation of field emission properties with morphology and surface composition of CVD nanocarbon films // Diamond and Related Materials. - 2006. - V. 15. - P. 1044-1049.

Подписано к печати Я.ОБ.06_

Тираж 10 0 Заказ <ПП

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Захидов, Александр Анварович

Введение

Глава 1. Автоэлектронная эмиссия и структурно морфологические 11 свойства углеродных материалов (Литературный обзор)

§ 1. Общие сведения об автоэлектронной эмиссии из металлов и 11 полупроводников

§2. Размерные эффекты в автоэлектронной эмиссии

§3. Автоэлектронная эмиссия из углеродных материалов

3.1. Автоэлектронная эмиссия из алмазоподобного углерода

3.2. Автоэлектронная эмиссия из графитных материалов

3.3. Автоэлектронная эмиссия из углеродных нанотрубок

§4. Стабильность автоэлектронной эмиссии. Явления, 42 сопровождающие автоэлектронную эмиссию

Глава 2. Методика проведения эксперимента

§ 1. Приготовление образцов

1.1. Методика синтеза наноструктурированных углеродных пленок

1.2. Методика синтеза массивов ориентированных многослойных 50 углеродных нанотрубок

§2. Методы определения фазового состава и структурно- 52 морфологические исследования образцов

2.1. Комбинационное рассеяние света

2.2. Электронная микроскопия

§3. Методика изучения автоэлектронной эмиссии

3.1. Схема вакуумного диода с плоскими электродами

3.2. Сканирующая автоэлектронная микроскопия

Глава 3. Автоэлектронная эмиссия из наноструктурированных 63 углеродных пленок

§ 1. Структурно-морфологические особенности и фазовый состав

§2. Автоэмиссионные характеристики наноструктурированных 70 углеродных пленок

§3. Статистический анализ автоэлектронной эмиссии

§4. Механизм низковольтной автоэлектронной эмиссии из 85 наноуглерода

Глава 4. Автоэлектронная эмиссия из массивов ориентированных 103 многослойных углеродных нанотрубок

§1. Структурно-морфологические особенности и фазовый состав

§2. Автоэмиссионные характеристики массивов ориентированных 106 многослойных углеродных нанотрубок

§3. Свечение, сопровождающее автоэлектронную эмиссию

§4. Вакуумное переосаждение массивов углеродных нанотрубок с 118 катода на анод

Введение диссертация по физике, на тему "Автоэлектронная эмиссия из нано-углеродных материалов"

Получение и исследование различных свойств нано-углеродных материалов является одним из актуальных направлений современной науки. Разнообразные нано-углеродные материалы были открыты сравнительно недавно и представляют собой аллотропные формы углерода, для которых хотя бы один из линейных размеров составляет несколько нанометров. Уникальные механические свойства, высокая стабильность и химическая инертность, необычные электронные и оптические свойства нано-углеродных материалов представляют не только фундаментальный научный, но и значительный практический интерес, особенно в сфере нанотехнологии. В последнее время особый интерес привлекают исследование автоэлектронной эмиссии из нано-углеродных материалов, отличительной особенностью которых является аномально низкое значение напряжения, требуемое для возникновения заметных эмиссионных токов. Автоэлектронная эмиссия (в зарубежной литературе обычно употребляется термин "полевая эмиссия") представляет собой испускание электронов проводящими твердыми и жидкими телами под действием внешнего электрического поля о О достаточно высокой напряженности (10-10 В/м). Автоэлектронная эмиссия является результатом квантово-механического туннелирования электронов через потенциальный барьер на поверхности эмиттера и для ее возникновения не требуется какого-либо дополнительного возбуждения электронов, как это происходит, например, в термо -, фото - и других видах электронной эмиссии. Поэтому автоэлектронную эмиссию называют иногда еще и спонтанной или туннельной. Квантово-механический характер автоэмиссии электронов, а также взаимосвязь ее параметров с состоянием поверхности материала (работой выхода, атомной структурой, химическим составом и т.п.) привлекают к исследованию этого явления значительный интерес с научной точки зрения.

В то же время, поскольку туннелирование электронов на границе эмиттер-вакуум происходит без затрат энергии, то на основе автоэлектронной эмиссии возможно создание катодов (источников электронов), работающих без нагрева и не требующих других видов энергозатрат. Такие "холодные" катоды являются чрезвычайно привлекательными для использования в вакуумной электронике. Другими существенными преимуществами автоэмиссионных катодов являются их безынерционность, высокая плотность эмиссионного тока, узкий энергетический спектр эмитированных электронов, а также высокая пространственная и временная когерентность.

С научной и практической точки зрения особо актуальными представляются однородные пленочные автокатоды на основе нано-углеродных пленок, нанесенных на различные подложки. Большая однородная поверхность таких катодов позволяет адекватно определить основные макроскопические параметры эксперимента (напряженность электрического поля, плотность тока, количество эмиссионных центров и.т.д.). Практический интерес к плоским катодам вызван их возможным применением для плоских дисплеев и сильноточной вакуумной электроники.

Основное внимание в литературе уделяется исследованию автокатодов на основе углеродных нанотрубок. Многочисленные экспериментальные исследования свидетельствуют с одной стороны о чрезвычайно высокой эффективности нано-углеродных катодов, а, с другой стороны, о невозможности адекватной интерпретации этих данных в рамках теории автоэлектронной эмиссии Фаулера-Нордхейма, предложенной для металлов, а также в ее модификациях, разработанных для других материалов (полупроводников).

Одним из важных экспериментальных явлений, проявляющимся в автоэмиссии из углеродных катодов, является испускание света, сопутствующее эмиссии электронов. На данный момент существует несколько экспериментальных наблюдений подобного излучения для определенного типа наноуглеродных эмиттеров (главным образом углеродных нанотрубок). При этом в литературе нет единого мнения о природе данного явления. В большинстве работ исследователи придерживаются мнения о тепловом характере данного излучения и его тесной связи со структурной деградацией катода. Таким образом, данный вопрос имеет не только фундаментальное, но также и прикладное значение, так как определяет стабильность работы устройств с такими катодами.

Указанные соображения послужили основной мотивацией при формулировке цели данной работы: определение закономерностей низковольтной автоэлектронной эмиссии и свечения катодов из наноуглеродных материалов и построение модели, позволяющей непротиворечивым образом объяснить указанные экспериментальные наблюдения с учетом особенностей структурных и электронных свойств нано-углеродных материалов.

Научная новизна результатов.

Актуальность работы определяется направленностью представленных исследований на решение ряда фундаментальных научных и прикладных вопросов, активно исследуемых в настоящее время и не нашедших своего объяснения к моменту постановки задач данного исследования.

Практическая ценность работы. Представленные в работе экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о высокой эффективности и стабильности автоэлектронной эмиссии из наноструктурированных углеродных пленок. Данный материал может быть использован для создания холодных катодов, с высокой эффективностью, сравнительно низким рабочим напряжением и длительным временем эксплуатации для использования, как в традиционных приборах вакуумной техники, так и в принципиально новых устройства. В работе также показано, что массивы ориентированных углеродных нанотрубок при использования импульсного режима АЭ могут быть контролируемым образом переосаждены на анод. При этом переосажденный материал сохраняет свои структурные свойства. Данный способ вакуумного переосаждения открывает новые технологические перспективы для нанесения массивов многослойных углеродных нанотрубок на легкоплавкие проводящие, поверхности и тонкие органические пленки.

Положения, выносимые на защиту:

- наряду, с тепловым свечением, сопровождающим автоэлектронную эмиссию из многослойных углеродных нанотрубок, наблюдается свечение, вызванное деградацией катода и испарением катализатора. Спектральные характеристики этого свечения различаются при использовании постоянного и импульсного напряжения;

- предложен способ практического использования процесса вакуумного переосаждения массивов ориентированных многослойных углеродных нанотрубок в режиме импульсного напряжения с высокой скважностью на различные подложки.

Представленные в диссертации результаты прошли апробацию в ходе выступлений на различных научных конференциях и семинарах, в том числе: International Topical Meeting on Field Electron Emission From Carbon Materials, 2001 - Moscow (Russia); Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», 2002,2005, - Москва; 15&th International Vacuum ! Microelectronics Conference & 48th International Field Emission Symposium, 2002 - Lyon (France); Fourth International Vacuum Electron Sources Conf., 2002 - Saratov (Russia); European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes (EUROMAT), 2002,2003 - Lausanne (Switzerland); Nano and Giga Challenges in Microelectronics research and Opportunities in Russia. Symposium and Summer School, 2002 - Moscow (Russia); European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide "DIAMOND" 2002 -Granada (Spain), 2003 - Saltsburg (Austria); Annual Conference Of Doctoral Students "WDS", 2003 - Prague, (Czech Republic); Seventh Applied Diamond Conference/Third Frontier Carbon Technology Joint Conference (ADC/FCT 2003) 2003 - Tsukuba (Japan); International Winterschool Euroconference on Electronic Properties of Novel Materials, 2004, 2006 -Kirchberg (Austria); Meeting of Material Research Society MRS Fall meeting, 2004 - Boston (USA).

По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 11 статей в реферируемых научных журналах и сборниках и 1 электронная статья. Список статей приводится в конце диссертации.

В результате проведенных исследований был подан совместный патент в США (номер заявки 11/271,571).

Достоверность полученных и представленных в диссертации результатов подтверждается использованием апробированных и обоснованных методов, теоретических представлений, тщательностью проведенных измерений, согласия экспериментальных результатов, полученных независимыми методами исследований, работоспособностью созданных устройств и установок, а также согласия с результатами других исследователей.

Личный вклад. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично соискателем. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены совместно соавторами опубликованных работ при непосредственном участии соискателя.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Основные результаты работы:

1. Создано экспериментальное оборудование, разработаны методики для проведения исследований автоэмиссионных свойств пленочных наноуглеродных катодов.

2. Предложена феноменологическая статистическая модель автоэлектронной эмиссии из наноструктурированных углеродных пленок, качественно объясняющая отклонение экспериментальных вольтамперных характеристик катодов от зависимостей, предсказываемых теорией Фаулера-Нордхейма.

3. Предложена новая качественная модель, предполагающая формирование двойного потенциального барьера на поверхности нано-углеродного эмиттера и объясняющая, на этой основе, эффект низковольтной эмиссии электронов.

4. Обнаружен эффект свечения и деградации эмиттеров, представляющих собой массивы ориентированных многослойных углеродных нанотрубок. Также обнаружена зависимость излучения света, сопровождающего эмиссию электронов, от характера используемого напряжения (импульсное или постоянное).

5. Разработан способ вакуумного переосаждения многослойных углеродных нанотрубок с поверхности катода на различные подложки с помощью импульсного напряжения, прикладываемого между катодом и подложкой-анодом.

В заключение хочу выразить глубокую благодарность моему научному руководителю профессору А.Н. Образцову за общее руководство и неоценимую поддержку в работе, многочисленные и полезные обсуждения.

Я благодарен к.ф.-м.н. А.П. Волкову и Д.А. Ляшенко за помощь в проведении экспериментов, A.A. Золотухину за проведение КРС исследований. Я признателен A.B. Гаршеву за проведение исследований нано-углеродных образцов с помощью растровой микроскопии, С.С. Абрамчуку и Л. Бингхаю (Национальный Университет Сингапура) за исследования методом электронной микроскопии высокого разрешения. Я также благодарю коллег из Университета Техаса в Далласе (США) Р. Нанджундасвами, М. Занг, С.Б. Ли, Ан.А. Захидова и О. Канинхама за предоставленные образцы и помощь в проведении исследований и их интерпретации.

Часть работ была выпонена при финансовой поддержке INTAS (грант №01-0254) и CRDF (проект №RP2-2559-MO-03).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе представлены результаты комплексного исследования автоэлектронной эмиссии, а также структурных и электронных особенностей пленочных наноуглеродных материалов и массивов ориентированных многослойных углеродных нанотрубок, полученных методом газофазного химического осаждения. Предложена новая модель автоэмиссионного центра и соответствующий ей механизм эмиссии электронов, позволяющие непротиворечиво объяснить экспериментально наблюдаемые в наноуглеродных материалах низковольтные пороги эмиссии и сопровождающее ее излучение света.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Захидов, Александр Анварович, Москва

1. Fowler R.H., Nordheim L., Electron emission in intense electric fields, Proc.Roy. Soc. ser. A, vol. 119, N781,1928, p. 173.

2. Ненакаливаемые катоды, под ред. Елинсона М.И., М.: Сов. радио, 1971. 336 С.

3. Елинсон М.И., Васильев Г.Ф., Автоэлектронная эмиссия, под ред. Зернова Д.В., М.: Гос. изд. физ.-мат. лит, 1958. 272 С.

4. Добрецов JI. Н. и Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М.:Наука, 1966. 564 С.

5. Ландау JI. Д., Лифшиц Е. М., Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М. Наука, 1989. 768 С.

6. Gomer R., Field Emission and Field Ionization, Harvard University Press, Cambridge, MA, 1961, Chaps. 1-2.

7. Nicolaescu D., Filip V., Kanemaru S., Itoh S., Modeling of field emission nanotriodes with carbon nanotube emitters, J. Vac. Sci. Technol. В., 21 Iss. 1,2003, pp. 366-374.

8. Spindt C.A., A thin-film field-emission cathode, Journal of Applied Physics, vol. 39, Iss. 7,1968, pp.3504-3505.

9. Моргулис H. Д., К вопросу об эффекте Шоттки для сложных полупроводниковых катодов, ЖЭТФ, т. 16, вып. 11, 1946, стр. 959964.

10. Stratton R., Field emission from semiconductors, Proc. Phys. Soc. (London), vol. B68,1955, pp.746-757.

11. Stratton R., Theory of field emission from semiconductors, Phys. Rev., vol. 125, N1,1962, pp. 67-82.

12. Бонч-Бруевич B.M., Калашников С.Г. Физика полупроводников, М.:Наука, 1977. 672 С.

13. Singh J. P., Tang F., Karabacak Т., Lu T.-M., Wang G.-C., Enhanced cold field emission from <100> oriented |3-W nanoemitters, J. Vac. Sci. Technol., В vol. 22, Iss. 3, 2004, pp. 1048-1051.

14. Zhou J., Xu N.-S., Deng S.-Z., Chen J., She J.-C., Wang Z.-L, Large-Area Nanowire Arrays of Molybdenum and Molybdenum Oxides: Synthesis and Field Emission Properties, Adv. Mater, vol. 15, N 21, 2003, pp. 1835-1840.

15. Lee C. J., Lee T. J., Lyu S. C., Zhang Y., Ruh H., Lee H. J., Field emission from well-aligned zinc oxide nanowires grown at low temperature, Appl. Phys. Lett. vol. 81, Iss. 19, 2002, pp. 3648-3650.

16. Xiang В., Zhang Y., Wang Z., Luo X. H., Zhu Y. W., Zhang H. Z. Yu D. P., Field-emission properties of Ti02 nanowire arrays, J. Phys. D: Appl. Phys. vol. 38,2005, pp. 1152-1155.

17. Johnson S., Markwitz A., Rudolphi M., Baumann H., Oei S. P., Тео К. B. K., Milne W. I., Field emission properties of self-assembled silicon nanostructures on n- and^-type silicon, Appl. Phys. Lett., vol. 85, Iss. 14, 2004, pp. 3277-3279.

18. Jia H., Zhang Y., Chen X., Shu J., Luo X., Zhang Z., Yu D., Efficient field emission from single crystalline indium oxide pyramids, Appl. Phys. Lett., vol. 82, Iss. 23,2003, pp. 4146-4148.

19. Фурсей Г. H., Глазанов Д. В., Баскин Л. М., Евгеньев А.О., Кочерыженков А. В., Полежаев С. А., Свойства нанометровых автоэлектронных эмиттеров, Вакуумная Микроэлектроника, том 26, вып. 2,1997, стр. 89-96.

20. Баскин JI. М., Глазанов Д. В., Фурсей Г. Н. Влияние термоупругих напряжений на процессы разрушения острийных автокатодов и переход к взрывной эмиссии, ЖТФ 1989, том. 59 вып. 5, стр.130-133.

21. Павлов В. Г., Влияние объемного заряда эмитированных электронов на полевую электронную эмиссию, ЖТФ, том. 74, вып. 12, 2004, стр. 72-79.

22. Не J., Cutler Р.Н., Miskovsky N.M., Feuchtwang Т.Е.,Sullivan Т.Е. Chung М., Derivation of the image interaction for non-planar pointed emitter geometries: application to field emission I-V characteristics, Surf. Sci. vol.246,1991, pp. 348-364.

23. Cutler P.H., He J., Miskovsky N.M., Sullivan Т.Е., Weiss В., Theory of electron emission in high fields from atomiccaly sharp emitters: Validity of Fowler-Nordheim equation, J. Vac. Sci. Technol. B. vol. 11, Iss. 2, 1993, pp. 387-391.

24. Fursey G. N., Glazanov D. V., Deviations from the Fowler-Nordheim theory and peculiarities of field electron emission from small-scale objects, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 16, Iss. 2,1998, pp. 910-915.

25. Schmid H, Fink H.-W., Kreuzer H. J., In-line holography using low-energy electrons and photons: applications for manipulation on a nanometer scale, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 13, Iss. 6, 1995, pp. 24282431

26. Saito R., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S., Physical Properties of Carbon Nanotubes, Imperial College Press, London, 1998.259 pp.

27. The Properties of Diamond. Ed. by Field J.E., London, Academic Press, 1990, p.675.

28. Bandis C., Pate B.B., Photoelectric emission from negative-electron-affinity diamond (111) surfaces: Exciton breakup versus conduction-band emission, Phys. Rev. B, vol. 52,1995, pp.12056-12071.

29. Van der Weide J., Zhang Z., Baumann P.K., Wensell M.G., Bernholc J., Nemanich R.J., Negative-electron-affinity effect on the diamond (100) surface, Phys, Rev. B, vol. 50,1994, pp.5803-5806.

30. Himpsel F.J., Knapp J.A., Van Vechten J.A., Eastman D.E., Quantum photoyield of diamond (111) A stable negative-affinity emitter, Phys. Rev. B, vol. 20,1979, pp. 624-627.

31. Kalish P., The search for donors in diamonds, Diamond and Realated Mat., vol.10,2001, pp. 1749-1755.

32. Teukam Z., Chevallier J., Saguy C., Kalish R., Ballutaud D., Barbé M., Jomard F., Tromson-Carli A., Cytermann C., Butler J. E., Bernard M., Baron C., Deneuville A. Nature Materials, vol 2, N 7,2003, pp. 482-486.

33. Spitsyn B.V., Growth of Diamond Films from the Vapour Phase, Handbook of Crystal Growth, Vol.3, Ed. by D.T.J. Hurle, Amsterdam, Elsevier, 1994, pp. 401-456.

34. Павловский И.Ю. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ-мат наук, 1999.

35. Хи N. S., Tzeng Y., Latham R. V., A diagnostic study of the field emission characteristics of individual micro-emitters in CVD diamond films, J. Phys. D: Appl. Phys. vol. 27,1994, pp. 1988-1991.

36. Karabutov A.V., Konov V.I., Pimenov S.M., Frolov V.D., Obraztsova E.D., Polyakov V.I., Rossukanyi N.M., Peculiarities of Field Electron Emission from CVD Diamond Films, J. de Physique IV C5, vol.6, 1996 pp.113-115.

37. Geis M.W¿, Efremov N.N., Krohn K.E., Twichell J.C., Lyszczarz T.M., Kalish R., Greer J.A., Tabat M.D., A new surface electron-emission mechanism in diamond cathodes, Nature, vol. 393,1998, pp. 431-435.

38. Givargisov E.I., Zhirnov V.V., Stepanova A.N., Rakova E.V., Kiselev A.N., Plekhanov P.S., Microstruture and field emission of diamond particles on silicon tips, Appl. Surf. Sci., vol. 87/88,1995, pp. 24-30.

39. Koutecky J., An interpretation of the conditions for the existence of shockley surface states, Czech. J. Phys. B, vol. 11,1961, pp. 565-571.

40. Коутецкий Я., Квантовая химия поверхности кристалла, Кинетика и катализ, том. 11, вып.3,1961, стр. 319-339.

41. Sugino Т., Iwasaki Yu., Kawasaki S., Hattori R., Shirafuji J., Electron emission characteristics of metal/diamond field emitters, Diamond and Related Mat., vol. 6,1997, стр. 889-892.

42. Bandis C., Pate B.B., Simultaneous field emission and photoemission from diamond, Appl. Phys. Lett., vol.69, Iss. 3,1996, pp.366-368.

43. Carbon Materials for Advanced Technologies. Ed. by T.D. Burchell. Pergamon 1999, p. 539.

44. Baker F.S., Osborn A.R., Williams J., The carbon-fibre field emitter, J.Phys. D: Appl. Phys., vol. 7,1974, pp. 2105-2115.

45. Gulyaev Yu.V., Grigoriev Yu.A., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Shesterkin V.I., Torgashov I.G., Monolitic and film carbon field emitter arrays for microwave tubes, Tech. Digest of IVMS'97 Kyongju. Korea 1997, pp.239-243.

46. Tcherepanov A.Y., Chakhovskoi A.G., Sharov V.B., Flat panel display prototype using low-voltage carbon field emitters, J. Vac. Sci. Tech. В., vol. 13, N2,1995, pp. 482-486.

47. Suvorov A.L., Sheshin E.P., Protasenko V.V., Bobkov A.F., Cheblukov Yu.N., Dolin D.E., Micro-rouged field electron graphyte cathodes prepared using radiation technique, Rev. "Le Vide, les Couches Mines", Supl.au N271,1994, pp. 326-329.

48. Бондаренко Б.В., Макуха В.И., Селиверстов В.А., Тишин Е.А., Шешин Е.П., Электронная техника. Сер. Электровакуумные и газоразрядные приборы, вып.1,1990, стр. 15.

49. Shesterkin V.I., Grigoriev Y.A., Emission characteristics of matrix carbon field emission cathodes with large current conditions, Tech. Digest of IVMC'97 Kyongju, Korea 1997, pp. 739-742.

50. Choy Т. C., Harker A. H., Stoneham A. M., Field emission theory for an enhanced surface potential: a model for carbon field emitters, J. Phys. Condens. Matter, vol. 16,2004, pp. 861-880.

51. Choy Т. C., Stoneham A.M., Harker A. H., Dynamical resonance tunneling a theory of giant emission from carbon field emitters, J. Phys.: Condens. Matter, vol. 17,2005, pp. 1505-1528.

52. Kroto H.W., Heath J.R., O'Brien S.C., Curland R.F., Smalley R.E., C60: Buckminsterfullerene, Nature, vol. 318, 1985, pp. 162-163.

53. Iijima S., Helical Microtubules Of Graphitic Carbon, Nature, vol. 354, 1991, pp. 56-58.

54. Елецкий A.B., Углеродные нанотрубки, УФН, том. 167, вып. 9, 1997, стр. 945-972.

55. Odom T.W., Huang J.L., Kim P. Lieber C.M., Structure and Electronic Properties of Carbon Nanotubes, J. Phys. Chem. В vol. 104, 2000, pp. 2794-2809.

56. Ajayan P. M., Terrones M., De La Guardia, A., Hue V., Grobert N., Wei B.Q., Lezec H., Ramanath G., and Ebbesen, T. W., Nanotubes in a flash ignition and reconstruction, Science, vol. 296, N 5568,2002, p. 705.

57. Shang N.G., Au F.C.K., Meng X.M., Lee C.S., Bello I., Lee S.T., Uniform carbon nanoflake films and their field emissions, Chem. Phys. Lett., vol. 358, N 3-4,2002, pp. 187-191.

58. Bachilo S.M., Strano M.S., Kittrell C., Hauge R.H., Smalley R.E., Weisman R.B., Structure-assigned optical spectra of single-walled carbon nanotubes, Science, vol. 298, N 5602,2002, pp. 2361-2366.

59. Gulyaev Yu. V., Chernozatonskii L. A., Kosakovskaja Z. Ja., Sinitsyn N. I., Torgashov G. V., Zakharchenko Yu. F., Field emitter arrays on nanotube carbon structure films, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 13, N 2, 1995, pp.435-436;

60. Chernozatonskii L.A., Gulyaev Yu.V. Kosakovskaja Z.Ja., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Zakharchenko G.V., Fedorov E.A., Val'chuk V.P., Electron field emission from nanofilament carbon films, Chem. Phys. Lett. Vol.233, 1995,pp. 63-68.

61. Косаковская З.Я., Чернозатонский JI.A., Федоров E.A, Нановолоконная углеродная структура, Письма в ЖЭТФ, том. 56, вып. 1,1992, стр. 26-30.

62. De Heer W.A., Chatelain A., Ugarte D., A carbon nanotube fieldemission electron source, Science, vol. 270, N 5239, 1995, pp. 11791180.

63. Елецкий A.B., Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства, УФН, том. 172, вып. 4,2002, стр. 401-438.

64. Bonard J.-M., Salvetat J.-P., Stockli Т., Forro L., Chatelain A., Field emission from carbon nanotubes: perspectives for applications and clues to the emission mechanism, Appl. Phys. A., vol. 69,1999, pp. 245-254.

65. Wang Q.H., Corrigan T.D., Dai J.Y., Chang R.P.H., Krauss A.R., Field emission from nanotube bundle emitters at low fields, Appl. Phys. Lett., vol. 70, Iss. 24,1997, pp. 3308-3310.

66. Fan S., Chapline M.G., Franklin N.R., Tombier T.W., Cassell A.M., Dai H., Self-oriented regular arrays of carbon nanotubes and their field emission properties, Science, vol. 283, N5401, 1999, pp. 512-514.

67. Rinzler A.G., Hafner J.H., Nikolaev P., Lou L., Kim S.G., Tomanek D., Nordlander P., Colbert D.T., Smalley R.E., Unraveling nanotubes: field emission from an atomic wire, Science, vol. 269, N 5230, 1995, pp. 15501553.

68. Bonard J.-M., Salvetat J.-P., Stockli Т., De Heer W.A., Forro L., Chatelain A., Field emission from single-wall carbon nanotube films, Appl. Phys. Lett., vol. 73, N 7,1998, pp. 918-920.

69. Schmid H., Fink H.-W., Carbon nanotubes are coherent electron sources, Appl. Phys.Lett., vol. 70, Iss. 20,1997, pp. 2679-2680.

70. Chen Y., Patel S., Ye Y., Shaw D., Guo L., Field emission from aligned high-density graphitic nanofibers, Appl. Phys. Lett., vol. 73, 1998, pp. 2119-2121.

71. Гуляев Ю.В., Синицын Н.И., Торгашов Г.В., Чернозатонский Jl.A., Косаковская З.Я., Захарченко Ю.Ф., Нанотрубные углеродныеструктуры новый материал эмиссионной электроники, Микроэлектроника, том. 26, вып. 2, 1997, стр. 84-88.

72. Filip V., Nicolaescu D., Tanemura M., Okuyama F., Influence of the electronic structure on the field electron emission from carbon nanotubes, J. Vac. Sci. Technol. В., vol. 21, N 1, 2003, pp. 382-390.

73. Tada K. Watanabe K., Ab Initio study of carbon nanotubes in electric fields, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 39,2000, pp. 268-271.

74. Zheng X., Chen G., Li Z., Deng S., Xu N., Quantum-mechanical investigation of field-emission mechanism of a micrometer-long singlewalled carbon nanotube, Phys. Rev. Lett., vol. 92, N 10, 2004, pp.106803-1-106803-4.

75. Nakaoka N., Watanabe K., Ab initio study of field evaporation from single-walled carbon nanotubes, Phys. Rev. В., vol. 65, 2002, p. 1554241-155424-5

76. Шешин Е.П. Структура поверхности и автомиссонные свойства углеродных материалов, Москва, МФТИ, 2001,288 С.

77. Остаточные газы в электронных лампах. Под ред. Г.Д. Глебова. М.: Энергия, 1967. 328 С.

78. Sveningsson М, Jonsson М, Nerushev О.А., Rohmund F, Campbell E.E.B., Blackbody radiation from resistively heated multiwalled carbon nanotubes during field emission, Appl. Phys. Lett, vol. 81, N 6,2002, pp. 1095-1097.

79. Umnov A.G., Mordkovich V.Z., Field-induced evaporation of carbon nanotubes Appl. Phys. A vol. 73,2001, pp. 301-304.

80. Purcell S. Т., Vincent P., Journet C., Vu Thien Binh Hot Nanotubes: Stable Heating of Individual Multiwall Carbon Nanotubes to 2000 К Induced by the Field-Emission Current, Phys. Rev. Lett., vol. 88, N 10, 2002, pp. 105502-1-105502-4

81. Huang N.Y., She J. C., Chen Jun., Deng S. Z., Xu N. S., Bishop H., Huq

82. S. E., Wang L., Zhong D.Y., Wang E.G., Chen D.M., Mechanism Responsible for Initiating Carbon Nanotube Vacuum Breakdown, Phys. Rev. Lett. vol. 93, N 7,2004, pp. 075501-1-075501-4

83. Yeong K.S., Thong J.T.L., Effects of adsorbates on the field emission current from carbon nanotubes, Appl. Surf. Sci. vol. 233, 2004, pp. 20-23.

84. Colazzo R., Schlesser R., Sitar Z., Two field-emission states of singlewalled carbon nanotubes, Appl. Phys. Lett. vol. 78, 2001, pp.2058-2060.

85. Musatov A.L., Kiselev N.A., Zakharov D.N., Kukovitskii E.F., Zhbanov A.I., Izrael'yant K.R., Chirkova E.G., Field electron emission from nanotube carbon layers grown by CVD process, Appl. Surface Science, vol.183, 2001, pp.111-119.

86. Bonard J.-M., Klinke C., Dean K. A., Coll B. F., Degradation and failure of carbon nanotube field emitters, Phys. Rev. В vol. 67, 2003, pp.1154061- 115406-10

87. Latham R.V., Wilson D.A., Electroluminescence effects associated with the field emission of electrons from a carbon fibre micropoint emitter, J. Phys. D: Appl. Phys. vol. 14,1981, pp. 2139-2145.

88. Bonard J.-M., Stockli Т., Maier F., de Heer W.A., Chatelain A., Salvetat J.-P., Forro L., Field-Emission-Induced Luminescence from Carbon Nanotubes, Phys. Rev. Lett. vol. 81, N 7, 1998, pp. 1441-1444.

89. Bormashov V.S., Nikolski K.N., Baturin A.S., Sheshin E.P., Prediction of field emitter cathode lifetime based on measurement of I-V curves , Appl. Surf. Sci., vol. 215, 2003, pp. 178-184.

90. Павловский И.Ю., Образцов A.H., Автоматизированная установка для газофазного осаждения алмазных пленок в разряде постоянного тока, ПТЭ, N1,1998, стр. 152-156.

91. Волков А.П. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ-мат наук, 2001.

92. Zhang M., Atkinson К. R., Baughman R. H., Multifunctional Carbon Nanotube Yarns by Downsizing an Ancient Technology, Scince, 2004, vol. 306, N5700, pp. 1358-1361.

93. Jose-Yacaman M., Miki-Yoshida M., Rendon L., Santiesteban J. G., Catalytic growth of carbon microtubules with iullerene structure, Appl. Phys. Lett. vol. 62, 1993, pp.657-659.

94. Ren Z. F., Huang Z. P., Xu J. W., Wang J. H., Bush P., Siegal M. P., Provencio P. N., Synthesis of Large Arrays of Well-Aligned Carbon Nanotubes on Glass, Science, vol. 282, N 5391,1998, pp. 1105-1107.

95. Meyyappan M., Delzeit L., Cassell A., Hash D., Carbon nanotube growth by PECVD: a review, Plasma Sources Sci. Technol. vol. 12, 2003, pp.205-216.

96. Nilsson L.O., Microscopic characterization of electron field emission from carbon nanotubes and carbon thin-film electron emitters, InauguralDissertation no 1337, Druckerei Saint-Paul Fribourg, 2001.

97. Физические величины: Справочник. Под. Ред. И.С. Григорьева; Е.З. Мелихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.1232 С.

98. Obraztsov A. N., Pavlovsky I., Volkov А. P., Obraztsova Е. D., Chuvilin A. L., Kuznetsov V. L., Aligned carbon nanotube films for cold cathode applications, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 18, N 2,2000, pp. 1059-1063.

99. Obraztsov A.N., Pavlovsky I.Yu., Volkov A.P., Low-voltage electron emission from chemical vapor deposition graphite films, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 17, N 2,1999, pp. 674-678.

100. Levine J.D., Statistical analysis of field emitter emissivity: Application to flat displays, J.Vac. Sci. Technol. B, vol. 13,1995, pp. 553-557.

101. Bocharov G.S., Eletskii A.V., Korshakov A.V., Emission characteristics of carbon nanotube-based cathodes, Rev. Adv. Mat. Sci. vol. 5, 2003, pp. 371-374.

102. Образцов А.Н., Волков А.П., Павловский И.Ю., Чувилин A.JL, Рудина Н.А., Кузнецов B.JL, Роль кривизны атомных слоев в полевой эмиссии электронов из графитоподобного наноструктурированного углерода, Письма в ЖЭТФ, том. 69, вып. 5, 1999, стр. 381-386.

103. Hiura Н., Ebbesen T.W., Fujita J., Tanigaki К., Takada Т., Role of sp3 defect structures in graphite and carbon nanotubes, Nature, vol. 367, 1994, pp. 148-151.

104. Salver-Disma F., Tarascon J.-M., Clinard C., Rouzaud J.-N., Transmition electron microscopy studies on carbon materials prepared by mechanical milling, Carbon, vol. 37,1999, pp. 1941-1959.

105. Huang J.Y., Yasuda H., Mori H., Highly curved carbon nanostructures produced by ball-milling, Chem. Phys. Lett., vol. 303,1999, pp. 130-134.

106. Moriguchi K., Munetoh S., Abe M., Yonemura M., Kamei K., Shintani

107. A., Maehara Y. Omaru A., Nagamine M., Nano-tube-like surface structure in graphite particles and its formation mechanism: A role in anodes of lithium-ion secondary batteries, J. of Appl. Phys., vol. 88, Iss. 11,2000, pp. 6389-6377.

108. Robinson K.E., Edie D.D, Microstructure and texture of pitch-based ribbon fibers for thermal management, Carbon, vol. 34,1996, pp. 13-36.

109. Hong S.-H., Korai Y., Mochida I, Mesoscopic texture at the skin area of mesophase pitch-based carbon fiber, Carbon, vol. 38, 2000, pp. 805-815.

110. Волков А.П., Образцов A.H., Павловский И.Ю., Петров А.С., Петров

111. B.И., Топильский И.Ю., Катодолюминесценция углеродных пленок, полученных методом газофазного химического осаждения, Поверхность, том. 5, вып. 6,1999, стр. 161-166.

112. Binh V.T., Adessi Ch., New Mechanism for Electron Emission from Planar Cold Cathodes: The Solid-State Field-Controlled Electron Emitter, Phys. Rev. Lett. vol. 85, N 864, 2000, pp. 864-867.

113. Obraztsov A.N., Pavlovsky I.Yu., Volkov A.P., Petrov A.S., Petrov V.I., Rakova E.V., Roddatis V.V., Electron field emission and structural properties of carbon chemically vapor-deposited films, Diamond and Related Mat., vol. 8,1999, pp. 814-819.

114. Wilson J.I.B., Walton J.S., Beamson G., Analysis of chemical vapor deposited diamond films by X-ray photoelectron spectroscopy, J. of Electron Spectroscopy and Rel. Phenomena, vol. 121,2001, pp. 183-201.

115. Станкевич И.В., Чернозатонский JI.А., Таммовские состояния углеродных нанотруб, Письма в ЖЭТФ, том. 63, вып. 8, 1996, стр. 588-593.

116. Станкевич И.В., Чернозатонский JI.A., Таммовские состояния и квантовые точки в углеродных и гетероатомных нанотрубах, ФТТ, том 41, вып. 8,1999, стр. 1515-1519.

117. Kane Е.О., Theory of Tunneling, J. of Applied Physics, vol. 32,1961, pp. 83-91.

118. Кейн E.O., Основные представления о туннелировании. В кн. «Туннельные явления в твердых телах». Под. ред. Э. Бурштейна и С. Лундквиста. «Мир», Москва 1973. стр. 9-19.

119. Bonard J.-M., Dean К. A., Coll В. F., Klinke С., Field Emission of Individual Carbon Nanotubes in the Scanning Electron Microscope, Phys. Rev. Lett., vol. 89, N 19,2002, pp. 197602-1-197602-4.

120. Chen Y., Shaw D.T., Guo L., Field emission of different oriented carbon nanotubes, Appl. Phys. Lett., vol. 76,2000, pp. 2469-2471.

121. Лобанов B.M., Особенности энергораспределения автоэлектронов из углеродных наноэмиттеров, ЖТФ, том. 75, вып. 11,2005, стр. 92-96.

122. Frolov V.D., Karabutov A.V., Pimenov S.M., Konov V.I., Ageev V.P., Similarity in field electron emission from nanocrystalline diamond and related materials, Diamond and Rel. Mat. vol. 10,2001, pp. 1719-1726.

123. Nanjundaswamy R., Field electron emission from diverse carbon nanostructures comparative characterization . and applications, Dissertation, UTD, 2005.

124. Бочаров Г.С., Елецкий A.B., Влияние экранировки на эмиссионные характеристики холодных полевых катодов на основе углеродных нанотрубок, ЖТФ, том. 75, вып. 7, 2005, стр. 126-130.

125. Ландсберг Г.С., Оптика, М.: Наука, 1976, стр. 696-698.

126. Sun С. Q., Bai Н. L., Тау В. К., Li S., Jiang Е. Y., Dimension, Strength, and Chemical and Thermal Stability of a Single C-C Bond in Carbon Nanotubes, J. Phys. Chem. В vol. 107, 2003, pp. 7544-7546.

127. Зайдель A.H., Прокофьев B.K., Райский C.M., Славный В.А., Шрейдер Е.Я., Таблицы спектральных линий, М.: Наука, 1977. стр. 56-146.

128. Список публикаций по результатам, представленным в настоящей работе

129. Obraztsov A.N., Zakhidov A.A., Volkov А.Р., Lyashenko D.A., Non-classical electron field emission from carbon materials, Diamond and Related Materials, vol. 12,2003, pp. 446-449.

130. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov A.A., Lyashenko D.A., Petrushenko Yu.V., Satanovskaya O.P., Field emission characteristics of nanostructured thin film carbon materials, Appl. Surf. Science, vol. 215, 2003, pp. 214-221.

131. Захидов Ал.А., Образцов A.H., Волков А.П., Ляшенко Д.А., Статистический анализ низковольтной автоэлектронной эмиссии из наноуглерода, ЖЭТФ, т. 124, вып. 6,2003, стр. 1391-1397.

132. Obraztsov A. N., Zakhidov Al. A., Volkov А.Р., Lyashenko D.A., Nano-carbon materials for cold cathode applications, Microelectronic Engineering, vol. 69,2003, pp. 405-411.

133. Zakhidov A.A., Lyashenko D.A., Volkov A.P., Obraztsov A.N., Electron field emission from nanostructured carbon films, Proc. Of the 12th Annual Conf. Of Doctoral Students WDS 2003, Prague, June, 2003, pp. 573-576.

134. Lyashenko D.A., Zakhidov A.A., Volkov A.P., Obraztsov A.N., Nano-carbon cold cathodes: characterization and application, Proc. Of the 12th Annual Conf. Of Doctoral Students WDS 2003, Prague, June, 2003, pp. 577-580.

135. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov ALA., Petrushenko Yu.V., Satanovskaya O.P., Fundamental aspects and applications of low field electron emission from nanocarbons, Surface Engineering, vol. 19, No. 6, 2003, pp. 429436.

136. Zakhidov Al. A., Obraztsov A.N., Low-field electron emission from nanocarbons, Diamond and Related Materials, vol. 13,2004, pp. 1044-1049.

137. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov Al.A., Lyashenko D.A., Petrushenko Yu.V., Satanovskaya O.P., Fundamental aspects and applications of low-field electron emission from nano-carbons, AIP Conf. Proc. Sept. 29, vol. 723, Iss. 1,2004, pp. 490-497.

138. Захидов Ал. А. Образцов A.H., Волков А.П., Ляшенко Д.А. Механизм низковольтной эмиссии электронов из наноуглеродных материалов, ЖЭТФ, т. 127, вып. 1,2005, стр. 100-106.

139. Obraztsov A.N., Groening O., Zolotukhin A.A., Zakhidov Al.A., Volkov A.P., Correlation of field emission properties with morphology and surface composition of CVD nanocarbon films, Diamond and Related Materials, vol. 15, 2006, pp. 838-841.

140. Доклады и сообщения, сделанные на международных научных конференциях

141. Zakhidov А.А., Volkov А.Р., Lyashenko D.A., Obraztsov A.N., Field emission properties of carbon films grown by CVD method, International Topical Meeting on Field Electron Emission From Carbon Materials 2-4 July, 2001, Moscow, Russia, Abstract Book p.68.

142. Lyashenko D.A., Volkov A.P., Zakhidov A.A., Obraztsov A.N., Electron field emission measurements for film cathodes, International Topical Meeting on Field Electron Emission From Carbon Materials 2-4 July, 2001, Moscow, Russia, Abstract Book p. 69.

143. Zakhidov A.A., Lyashenko D.A., Volkov A.P., Obraztsov A.N., Field emission characteristics of nano-structured thin film carbon materials, Fourth International Vacuum Electron Sources Conference July 15-19, 2002, Saratov, Russia, Tech. Digest p.83.

144. Zakhidov A.A., Lyashenko D.A., Volkov A.P., Obraztsov A.N., Non-Classical Mechanism of Electron Field Emission from Nanostructed Carbon

145. Films, European conference Junior Euromat, 2-5 September, 2002, Lausanne, Switzerland, Program p. oBl 1.

146. Zakhidov AI., Nanjundaswamy R., Zhang M., Lee S., Baughman R., Obraztsov A., Zakhidov A., CNT twisted yarns as low threshold cold electron sources for displays, APS March Meeting, 2005, Los Angeles, California, Bulletin Vol. 50, No 1 p.1354.