Электронная спектроскопия микро- и наноструктур в сильном электрическом поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

На правах рукописи

Юмагузин Юлай Мухаметович

ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ МИКРО-И НАНОСТРУКТУР В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

специальность 01 04 13-электрофизика и электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

□□3065344

Екатеринбург 2007

003065344

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Башкирский государственный университет»

Научный консультант доктор физико-математических наук, профессор Бахтизин Рауф Загидович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

Волков Николай Борисович

доктор физико-математических наук, профессор Баскин Лев Маркович

доктор физико-математических наук, профессор Иванов Владимир Григорьевич

Ведущая организация Физико-технический институт им А Ф Иоффе РАН

(г Санкт-Петербург)

Защита состоится «2» октября 2007 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 004 024 01 при Институте электрофизики Уральского отделения РАН

620016, г Екатеринбург, ул Амундсена, 106

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института электрофизики Автореферат разослан «2.9» йкгуста 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

дф -м н

Сюгкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одно из ведущих мест среди методов исследования твердых тел и их поверхности принадлежит методам электронной спектроскопии Изучение электронных своиств микоо- н наноструктур (сверхтонкие полупроводящие и диэлекл рическне пленчи, нанотрубки, наноразмерные в объеме частицы) является важной, ьо чре*вычайно сложной задачей физической электроники, которая продиктовала потребностями современных отраслей науки и техники таких, как микро- и ланозлектроника, квантовав элетропика кристаллографич и мно> и\ других Центральное место среди характеристик злектронных свойств материалов занимают энергетические спектры и угловые распределения эмитированных электронов 1С твердого тела р.щичных внешних воздействиях, вторые содержат ценную информацию об элементном составе геометп1 I ском строении, электронных свойствах V фонончом сгекгре исглед; «'ых объектов Чажнейшими сретн Р'.ег ^ многообразия электронных СР1 тв материалов являются следующие --ис персия электронов по эн< иям, процессы локалгеации-де чокали? ации лектронов на поверхнос лх состояниях транспортные явления Все они находятся тесней связи ' химическим и фазовым составом,.ч также геометрической структурой твер^ . - тел

Среди множеств лчепериментальных методов, п., пользуемых для исследования эле строчных свойств тдетых тел особо, место занимает полевая электронная ^ V ко[ ия - метод, 01 лыаюгцийся высокой

информативностью и чувств>гтелы'эсг^ю \)ти качества обустовлены самим явлением полевой эмиссии .лектронов сохранением нсвозмушенного состояния электронов после туннелирсвания из твердого тела через барьер в вакуум При этом сам м<_тод позволяет в рамках одного эксперимента одновременно производить измерение энергетического распределения электронов и наблюдать изображение эмитирующей поверхности образца с высоким пространственным разрешением Кроме этого при снятии энергетического распределения электронов оказывается возможным зондирование эмигир)кэшей поверхности в нанометровом масштабе

Метод полевой электронной спектроскопии реализуется в сильных электрических полях Вместе с тем вид кривой энергетическо. о распределения электронов зависит от величины приложенного электрического поля, температуры образца, проводимости, плотности эмиссионного тока, внешнего излучения, состояния э\иггир}/ощеи поверхности От этих параметров может зависеть также и угловое распределение эмитированных эле (ронов Поэтому проведение электронной спектроскопии в сильном элек1рическом поле при изменении параметров образца и различных внешних воздействиях дает возможность получить информацию фундаментального характера об электронных свойствах образца и процессах, протекающих на го поверхности Особенно актуальным для современной науки и техники является изучение закономерностей процесса эмиссии электронов из 11 -ных материалов, например, наноструктурированных металлов и углсрс ■ ,лх материалов

Наиболее известными примерами таких материалов являются металлы подвергнутые интенсивной тлчс i пчелкой деформации, алмазоподобные пленки, фуллерены, углеродные нанотрубки, полимерные пленки и углеродные волокна Например, для алмазоподобных пленок до сих пор точно не установлен механизм переноса электронов через слабо проводящие алмазоподобные - той и их последующей эмиссии в вакуум То же самое можно сказать о г 1имерных пленках Уникальные физико-химические характеристики этих материалов делают их перспею ивным и для создания точечных источников электронов для рентгеновских и электронно-зондовых устройств, сверхминиатюрных вакуумных ламп, плоских дисплеев и тд Вместе с тем, э сперименгальных работ по изучению электронных свойств указанных материалов методом полевой электронной спектроскопии чрезвычайно мало, а по некоторым и вовсе нет, поэтому проведение подобных исследований представляется актуальным

Цель работы состояла в развитии методов эмиссионной электронной спектроскопии в сильных электрических полях и их использовании для исследования закономерностей полевой электронной эмиссии из микро- и на неструктурированных материалов различной природы

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи

разработаны и m готовлены новые (на момент их создания) установки для исследования энергетического распределения электронов по энергиям в сильном электрическом поле и р.^вчта методика проведения таких исследований, обеспечивающие получение достоверных экспериментальных данных,

изучено влияние условий осуществления полевой »миссии (величины электрического поля, плотности jí» tiee ионного токч, температуры и состояния эмитирующей п( «ерхности) на энергетические ряс плевеле Ш!я электронов,

исследован" закономерности полевой электронной эмиссии из наноструктуриро! с нных и углеродных материалов а также влияние структуры поверхности на « лссионные свинства л их материалов,

проверена (екватность известных физнчесипл оделен, гл^ьо.тл.ощич определить возможности практического использои ия нилсвьд jMiinepof в различных электрофшических устройствах

Научная новизна работы.

1 Проведены детальные исследования закс ом^рьоси.й »нергетиче^кого распределения электронов, эмитируемых ю вотьфрама при высоких плотностях эмиссионното тока Предложен физический механизм объясняющий возникновение низко- ч высоко шергетических «хвостов» в кривых распределения и создана расчетная модель распределения электронов по полным энергиям при разных величинах плотности эмиссионного тока

2 Предложен способ определения функции распределения э тектронов по поперечным составляющим импульса при выходе электрона из поверхности эмиттера в ваку}м Показана возможное"ь адекватного определена закона дисперсии электронов в металлах с и^пол'»зовачием распределения электронов

по поперечным составляющим импульса и распределения электронов по полным энергиям с зондируемого участка поверхности эмиттера

3 Экспериментально исследованы эмиссионные характеристики алмазоподобных пленок, впервые полученных ионно-лучевым осаждением на вольфрамовых остриях, и предложена феноменологическая модель эмиссии из структуры м еталл -алм аз о подоб ная пленка

4 Впервые исследованы эмиссионные свойства полимерной (полидифениленфталид) пленки в сильных электрических полях и определено эффективное значение электронной работы выхода системы металл-полимер, оказавшееся равным всего 0 4 эВ Исследованы зависимости кривых энергетического распределения электронов из полимерной гшенки, нанесенной на металлическую поверхность, от величины эмиссионного напряжения и доказано образование канала проводимости, индуцированного сильным электрическим полем

Научная и практическая ценность работы.

Разработано и создано несколько модификаций анализаторов энергии электронов и установок для реализации метода полевой электронной спектроскопии Так, изготовленный дисперсионный анализатор энергий электронов позволял зондировать поверхность образца в нанометровом масштабе и получать, кроме распределения электронов по полным энергиям, также и распределения электронов по поперечным составляющим скорости Совокупность кривых распределения электронов по полным энергиям и распределения по поперечным составляющим скорости дает возможность определить закон дисперсии электронов в металлах Результаты проведенных экспериментальных исследований энергетического распределения электронов из вольфрама при высоких плотностях эмиссионного тока и расчетов, выполненных по предложенной модели, являются неотъемлемой частью разработки любых электронно-зондовых устройств с точечными полевыми эмиттерами

Доказаны преимущества метода ионно-лучевого осаждения для получения тонких углеродных пленок с алмазной структурой и малым содержанием примесей на поверхностях металлических острий Предложенный метод является оптимальным для изготовления полевых эмиттеров с алмазоподобными покрытиями Определены огтгимальные с точки зрения стабильности и величины тока эмиссии характеристики алмазоподобных пленок толщина покрытия энергия и доза осаждаемых частиц, рабочее напряжение Развитая в работе методика полевой электронной спектроскопии из металлических острий покрытых полупроводящей (алмазоподобной) пленкой, может быть рекомендована для изучения эмиссионных свойств систем металл-полупроводник и металл-диэлектрик

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1 Результаты расчетов, конструкции анализаторов электронов по энергиям и комплексная измерительная установка для проведения электронной спектроскопии в сильных электрических полях с возможностью

одновременного наблюдения эмитирующей поверхности в нанометровом масштабе

2 Методика измерения распределения электронов по поперечным составляющим импульса при полевой эмиссии из атомарно-гладкой поверхности металла

3 Протяженность и интенсивность высокоэнергетических «хвостов» экспериментального распределения электронов по полным энергиям из металла при высоких плотностях эмиссионного тока зависит только от величины плотности эмиссионного тока Теоретическое обоснование механизма возникновения низко- ь высокоэнергетических «хвостов» распределения электронов по энергиям и процедура расчета парного кулоновского взаимодействия электронов в вакууме, подтверждающие результаты экспериментальных исследований

4 Наличие неравновесного нанокристаллического состояния металла приводит к качественному изменению кривой распределения по полным энергиям электронов при полевой эмиссии Эмиссия электронов из областей, содержащих границы микрозерен, сопровождается появлением дополнительного пика на энергетическом распределении электронов ниже основного пика в окрестности уровня Ферми, соответствующего равновесному состоянию объема металла

5 Технология осаждения тонких углеродных пленок на вольфрамовых остриях и результаты исследования закономерностей электронной эмиссии из системы металл-алмазоподобная пленка методом полевой электронной спектроскопии

6 Совокупность результатов исследования эмиссионных характеристик системы металл-полимерная (полидефинелинфталид) тонкая пленка, показывающих аномальное низкое зщчение работы выхода (0,4 эВ) и образование проводимости, индуцированного внешним сильным электрическим полем

Апробация работы Основные результаты исследований, вошедших в диссертацию, были доложены и обсуждены на отечественных и международных симпозиумах, конференциях и школах на XVII, XIX- XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Ленинград, 1978, 1990, Ташкент, 1984, Киев, 1987Х на УШ Всесоюзной научно-технической конференции по электронной технике (Ленинград, 1981), на V Всесоюзном симпозиуме по не накаливаемым катодам (Томск, 1985), на Всесоюзной школе-семинаре по эмиссионным явлениям (Валдай, 1986), на ХИ - XIII Международном семинаре по физике поверхности (Вроцлав, ПНР, 1987, 1989), на Х1П Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Сумы, 1987), на Межотраслевом совещании по полевой эмиссионной микроскопии (Харьков 1989), на IV- V Международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Барнаул, 1998, 2000) на Международном семинаре «Дислокации и механические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 1999), на Ш Международной конференции по оптике заряженных частиц (Тулуз, Франция, 1990), на Международной конференции

по вакуумным источникам электронов (Эйндховен, Нидерланды, 1996), на Международном конгрессе по вакуумной микроэлектронике (С-Петербург, 1996), на Международных симпозиумах по полевой эмиссии (Осака, Япония, 1987, Руан, Франция, 1994, Москва, 1996, Питсбург, США, 2000, Берлин, Германия, 2001, Вена, Австрия, 2004), на V Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (С-Петербург, 2006)

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 31 работа в научных журналах, 3 патента Список основных публикаций по теме работы приведен в конце диссертации

Личный вклад автора Личный вклад автора в работах, опубликованных с соавторами, заключается в постановке задач, формулировке основных экспериментальных методов их решения, в создании экспериментальной установки и проведении экспериментальных исследований, в анализе полученных результатов и их интерпретации, в разработке теоретических моделей исследуемых объектов

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения Все главы имеют вводную часть и выводы, в которых сформулированы основные результаты по данной главе Общее заключение, основные результаты и выводы расположены в конце диссертации Там же приведен список публикаций автора и список цитируемой литературы из 311 наименований Объем диссертации составляет 340 страниц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулирована цель исследования, приведены сведения о научной новизне, практической и научной ценности позученных результатов, определены основные цели и задачи работы, перечислены положения, выносимые на защиту

Первая глава диссертации посвящена теоретическому анализу распределений электронов по энергиям при полевой эмиссии на основе не взаимодействующей системы свободных электронов в металле

В первом параграфе рассмотрены на основе моделей (рис 1) различные виды энергетических распределений электронов при полевой эмиссии распределение электронов по энергиям И'~гт/ '2 связанное с нормальной составляющей скорости V, движения эмитированных электронов (рис 1а), распределение электронов по энергиям Ег^тУг2/2, связанное с поперечной скоростью Vг электронов (рис 16), распределение электронов по полным энергиям Е (рис 1в) и получены выражения для этих различных видов распределений При одинаковых условиях полевой эмиссии, значениях поля и температуры Т 0 К, рассчитанные и нормированные к единице распределения для металлического эмиттера приведены на рис 2

а) 6} в)

Рис. I. Модели для расче та распределений электронов га? энергиям.

Полученные распределения электронов по И"' {рис.2а) и по £ (рис.2в) совпадают с ранее полученными распределениями [1,2]; распределение по Ег (рис.26) получено впервые (выражение приведено в стр. 10, глава 2, п.4).

5 1. - - '3

г — irf- 'L f 1 | s

- Г ; j 03 V? ;

/ ч \ ; ЬЪ 1

I N \ | \

ч 1 •s ча- \

1 ú _____

Е Г * ? -ü < W.iB и -0 -0 ч ■5 S 4 Л Ш

а) б) в)

Рис.2. Рассчитанные зависимости электронов то энергиям при полевой

эмиссии.

Во втором параграфе данной главы рассмотрено энергетическое распределение электронов при произвольном законе дисперсии в метагшб. Теория волевой эмиссии с учетом структуры энергетических зон первоначально была изложена в работах [3,4].

Особенности зонной структуры учитываются при вычислении полного тока эмиссии да исходного выражения [3]:

/ в£я(*)Д(*), к

где п(к) - величина падающего потока электронов в квантовом состоянии к на единицу поверхности металла в единицу времени, D(k) - прозрачность барьера.

Все эти величины должны рассчитываться на основе квантовой механики, используя линейную комбинацию действительных волновых функций Блоха. Согласно выводам работы [3], экспоненциальная часть выражения для коэффициента прозрачности барьера D(k) для электрона с волновым вектором к практически не отличается от того, что дает м о деда свободных электронов. Это объясняется ходом волновой функции электрона внутри барьера, т. е.: вне металла, хотя энергия движения электрона вдоль оси г, стоящая в экспоненте

выражается через величины Е и (W- Е-р,2/2т), сохраняющиеся при выходе из металла В модели же свободных электронов W можно было выразить через pz в металле В общем виде функциональное выражение для D(k) получить практически невозможно, сложности возникают и с определением преда кс поненциального множителя [3] Расчет, довольно трудоемкий, возможен только для конкретных материалов Важным шагом в развитии теории явилась работа [4] по вычислению эмиссионного тока с ферромагнитного никеля в кристаллографическом направлении {100} В этой работе была сделана первая попытка учесть для количественного определения автоэмиссионного тока энергетической зонной структуры конкретного металла и свойства соответствующих блоховских функций электронов

Третий параграф главы посвящен рассмотрению связи распределения электронов по полным энергиям с характеристикой Фаулера-Нордгейма (Ф-Н) Энергетическое распределение и характеристика Ф-Н определяются параметрами работы выхода <р и фактором поля ß Имея экспериментально полученные данные, можно исключить ю этих двух зависимостей, например, ß и точнее определить <р Данная методика определения <р имеет смысл только в рамках модели свободных электронов, т е в предположении о совпадении работы выхода для двух зависимостей характеристики Ф-Н и распределения электронов по полным энергиям

Вторая глава диссертации посвящена исследованию углового распределения электронов при полевой эмиссии как способа получения информации об электронных свойствах эмитирующей поверхности Ранее данное явление рассматривалось только для определения разрешения автоэмиссионных электронных микроскопов и для определения минимальных диаметров электронного пучка в зондовых устройствах с автоэмиссионными источниками

В первом параграфе этой главы приведены известные результаты, что в эмиссионной микроскопии разрешение ön в определенной степени зависит от величины поперечной скорости vr эмитированных электронов [2]

Г. J yfnv]rn .12 ГШ

о0^4га(—--■) Для оценки разрешаемого расстояния по данному выражению

2де

в качестве среднего принимают то значение ПРИ котором ордината

кривой снижается до 1/е от своего первоначального значения Внутрь кружка рассеяния, определенного таким образом, попадают 63,2% электронов из «поперечного» распределения - значительная доля всех эмитированных электронов и это значение определяется наиболее вероятной скоростью вылета vro Существует однозначная зависимость между угловым распределением эмитированных электронов с величиной их поперечной скорости

Во втором параграфе на основе работы [5] об электронно-оптических свойствах полевого эмиссионного источника электронов проведен анализ роли поперечной составляющей скорости В работе [5] эмиссионное поле представлено из двух областей гтрикатодной и анодной В прикагодной области

поле определялось в основном катодом, змигирующая поверхность которого моделировалась сферой Известно, что в сферическом поле сферическая аберрация отсутствует, на изображении может сказываться только хроматическая аберрация Для анодной области использовалось гиперболическое распределение потенциала позьоляюшее а нал иг ически рассчитать траектории электронов в этом поле Показано, что сферическая и хроматическая аберрации источника существенно влияют на величину видимого источника Радиус кроссовера также определяется средней энергией эмитирующего электрона, связанной с поперечной составляющей скорости по отношению к поверхности катода

2

Выявление влияния траекторий эмитированных электронов на плотность тока изложено в третьем параграфе данной главы Представлено в соответствии с работой [5] распределение плотности тока в плоскости кроссовера для случая малого угла эмиссии Плотность тока в плоскости кроссовера является

1 1

Гауссианом с параметром отклонения с -ч.вЗх |0 4 При отсутствии поперечных составляющих скорости ."ектронов на поверхности катода радиусом г0 плотность эмиссионного тока ^(Гп) на расстоянии г от поверхности катода определялась Сс.: величиной J„{r0)х(г, г) Однако, налшне начальных поперечных скоростей электронов может оказать шалите пьчое влияние на эту величину

Четвертый параграф главы посвящен возможности измерения уыового распределения электронов при полевой эмиссии Испотьзуя установленные законы движения электронов в автоэмиссионном т^ле, в данной рчбо(с предлагается экспериментальный способ измерения ут ло.ки о рас преде тс ння эмиссионного тока и определения по нему рас преде те пня > те кт ¡томов по поперечным составляющим .1мпу1ьса при выходе .¡з эмиттера В главе 1 бы ю получено распредетение электронов в рамках модели свободных электронов от величины £г=ту/ 2 Это распределение представляется в виде

}(Ег) = Уг.^Л/ - ЕУ 2 ехр(-Егф где под ¡п обозначен нормирующий множитель, с1^Г'1,025(р'2 ф в [эВ], ^ в [В/А].

Используя асимптотическое уравнение движения электронов (в-в)=2(Ег'>о^)' ' в центральном поле где в~ угол отклонения электронов от начального радиального направления 0,, получим функцию рассеяния электронов по у! им ¡(0-0,) с нормирующим множителем /и

-в^/о ехр[-(в-в/ 2сг] где через <т обозначена величина равная (2/1,025<р'^гц)'2 Указанная величина параметра отклонения с для очного и того же катода зависит лишь от <р Оценка а для парам катода го показывает, что она порядка величины 10 " рад

Угловое распределение плотности юка от любой точки поверхности эмиттера в сферически-симметричном поле на расстоянии Я- " г0 от катода будет определяться выражением ф(г„Я,в) у, (г,) (г~'211)21(в-в,)с10, где ]о(г,>)-плотность эмиссионного тока на катоде, /2 А" - множитель, учитывающий

сферическое поле и расположение мнимого изображения на расстоянии Тц/2 от центра катола. Используя систему детектирования электронов, состоящую из двух анодных плоскостей с щелями А и В (рис.За), можно измерить угловое распределение по изменению границы тени эмиссионного тока от А на плоскости выходной щели В при изменении положения эмиттера. Действительное значение тока в сечении электронного зонда в плоскости второго электрода В является суперпозицией дифференциальных плотностей Тока ф{г0,И,б) от всей поверхности эмиттера в пределах угла рассеяния 68=9-fy, определяемого функцией j(8-&,), На рис.36 приведено рассчитанное угловое распределение тока в зонде с использованием полученных выражений it параметрах аргумента (39/а), ноль на оси абсцисс соответствует границе тени А на плоскости выходной щели В.

Измерения проводились в условиях сверхвысокого вакуума, эмиттером являлся термически сглаженный вольфрам. Линейный сдвиг эмиттера осуществлялся с помощью микрометрического пинта с точностью перемещения 0.01 мм, что соответствует угловой величине 5-10" рад.

а) б)

Рис.3. Схема эксперимента и расчетная зависимость.

Основная ценность данных измерений заключается в возможности одновременного измерения распределения тока эмиссии из образца по полным энергиям и углового распределения, связанного с поперечной составляющей скорости. Конструкция анализатора энергий электронов позволяла проводить такие измерения. Были проведены также измерения углового распределения эмитированных электронов из вольфрама при различных температурах, норм ированные зависимости распределения приведены на рис.4.

Рис.4. Угловые распределения эмиссионного тока из W при ия,~2,4 scB и различных Т: 1" т " << ■ I-.?- ;''' ^ и А,

2- Т<900°С, =220 нА;

3- Т=900 ПС, ^щи =270 нА,

4- Т>90(1 °С, й,, -300 нА.

В параграфе 5 указаны возможные области метода экспериментальных исследований углового распределения электронов Представлены результаты расчета для «поперечного» энергетического распределения при различных температурах и одинаковых значениях напряженности электрического поля

Третья глава диссертации посвящена рассмотрению анализаторов энергий электронов при полевой эмиссии

В параграфе 1 этой главы приведены характеристики практически всех анализаторов энергий при полевой эмиссии электронов На основе детального анализа конструкций различных устройств для полевой эмиссионной спектроскопии был сделан выбор типа анализатора для изготовления в лабораторных условиях Несомненно, на сегодняшний день лучшими по характеристикам являются дисперсионные анализаторы, об этом также свидетельствуют данные из других областей электронной спектроскопии Однако воспроизвести характеристики анализаторов высокого класса при их изготовлении удается не во всех лабораториях, что связано прежде всего с ограниченными техническими возможностями С учетом этого сконструированы анализаторы с задерживающим полем и дисперсионным элементом на основе хроматической аберрации электронов в цилиндрических электростатических линзах В настоящее время в связи с доступностью численных методов и вычислительной техники расчет распределения потенциалов в обычных линзах и траекторий заряженных частиц в них, а также в целом электронно-оптических систем, особых трудностей не вызывает Знание хода электронных траекторий в электронно-оптической системе, (это в большей степени относится к анализаторам с дисперсионным элементом) позволяет лучше понимать их работу и варьировать по усмотрению взаимозависимыми характеристиками анализаторов, такими как разрешение, полный анализируемый ток, энергетический и динамический диапазоны

В параграфе 2 приведена методика расчета оригинальных конструкций анализаторов энергий Существуют относительно простые методы точного расчета [6] траекторий электронов в многоэлеменгных цилиндрических электростатических линзах с применением численных методов и основанных на использовании уравнения движения электрона в гауссовом приближении в цилиндрической системе координат с осью г, совпадающей с оптической осью системы В данной работе решение уравнения, описывающего движение электрона в электростатическом поле с осесимметричным распределением потенциала, проводилось численным методом Рунге-Кутта четвертого порядка Результатами расчетов являются значения радиуса г дтя каждого шага по г, составляющего 0,05 от радиуса линзы Эта методика расчета траекторий непригодна в случае большого коэффициента заполнения линз, а также при пересечении электронами огтгической оси под большими углами Для решения этой задачи нами был выполнен последовательный расчет траекторий по уравнению движения электрона по координатам г иг на каждом элементарном участке области распределения потенциала и(г,г) для

электростатической л""1ы <_ i тиччричсскими электродами Точность метода завист от ветичнны ыага пдзбиск»'* области распределения потенциала (итерации) и порядка шгт-'тадляциоиных членов для табулированных значений i'iz rl d также o6r:i-?n ч.амны системы Для рассчитанных в данной работе электронных , оаекюрий в электронно-оптической системе погрешность не превышала 5°0

В параграфе Ч и -1. соответственно, подробно описаны конструкции, расчетные траектории и характеристики созданных анализаторов энергий электронов с задерживающем потенциалом (рис 5а) и дисперсионным элементом (рис 55) Приведены расчетные траектории электронов в анализатрах кривые пропускания диспеосионного анализатора по энергиям в зависимости от тиампра '.ыходной чиафрагмы и зависимость сферической аберрации в плосьос1И нчхчцной диафрагмы дисперсионного анализатора от коэффициента заполнения Полученное расчетное значение разрешения дисперсионного анализа, ора при диаметре выходной диафрагмы 0,1 мм составляет 30 мэВ

if® 'it А

Л J I " I

л) б)

f'm, 5 Анализаторы энерг ии электронов

В параграфе _5 описаны ьонструктивные особенности исполнения экспериментальных анализаторов и их размещения в вакуумной системе Электродная система анализаторов изготовлялась из молибдена марки М4, изоляторами служил!! крпрцевые кольца Анализатор энергий электронов с задерживающим пел снцианом был исполнен в отпаянном стеклянном приборе Анализатор с дисперсионным эаеменгом монтировался на фланце ШЛ4 033 175 хниверсальной сверхвысоковакуумной установки УСУ-4

В параграфах 6 и 7 приведено описание управляющего измеригельно-вычислителыюго комплекса для проведения полевой электронной

с пс ю-рос ко пи и с использованием анализатора дисперсионного типа (рис.6) и изложена методика измерений энергетического распределения электронов.

Измерение выходного сигнала анализатора вручную или даже однократным автоматическим способом может ввести большие погрешности. Поэтому, для получения достоверных результатов необходимо проводить накопление многократных измерений за очень короткое время, что требует высокой чувствительности анализатора и малой инерционности, с возможностью для последующей математической обработки данных. Увеличение чувствительности анализатора благодаря применению вторично-электронных умножителей (в данной установке использовался ВЭУ-и) и преимущества одшэлектронного счета перед намерениями в режиме постоянного тока очевидны. Счетный режим удобен еще и для последующей цифровой обработки информации. При обработке спектров для увеличения отношения сигнал/шум применялось скользящее сглаживание методом наименьших квадратов по 9-т;г или 25-ти тачкам.

• Ш •

№ Ш

¡«мер

".VI рем

/.ун»-- г-^ = -.........|* .......1-ва« решил» ; гцед-яйвд-ц-,,^

ЩЬШ а

...........

Г

Мми |ХлиЧ и I)

вНЩ

НА 5 К ру КН1ДО

од^ггод гри*1

.....

•» * У / ; У

.'! ИЖ1 |Ю«И1111ИЙ Я'МК^ШН 1вя1

!! в-1

1 < & >|) * № р ч»^ т IV; г» 5

4 Г

К мох.

Рис.6. Функциональная блок-схема измерительного ком нлекса.

Для определения положения уровня Ферми системы проводились измерения энергетических с не ктров электронов с использованием эталонного вольф рам 01юто эмиттера. Проведенная оценка погрешности измерений установки показала, что она составляет не более 4.5 %.

Четвертая гдява диссертации посвящена полевой электронной спектроскопии с чистых металлических поверхностей, Влияние электронных свойств объема и поверхности образца щ энергетических распределениях электронов при полсвойэмисс(зи весьма ощутимо, но разделить их достаточно сложно. Причем свойства поверхности могут быть обусловлены как самими поверхностными состояниями (даже в случае металлического эмиттера), так и влиянием адсорбированных атомов на поверхности. Для выявления этих

особенностей в электронной спектроскопии в сильных электрических полях используются различные комбинированные методы Это измерение распределений электронов по энергиям при изменении параметров внешних воздействий (электрического поля, темгературы, освещгния), состояния поверхности (природа эмиттера, атомарно-чистая поверхность, наличие адсорбированного слоя на поверхности), условия эмиссии (кристаллографическое направление, плотность тока эмиссии электронов)

В первом параграфе приведены результаты полевой эмиссионной спектроскопии металлических эмиттеров при различных температурах При проведении температурных исследований полевой эмиссии (хотя зависимость зонной структуры вольфрама от температуры не существенна) проблемой является сохранение формы острия и поверхности без структурных изменений, т к возможны проявления таких явлений, как термополевая перестройка, температурная зависимость адсорбции различных остаточных газов, миграционных явлений В общем случае в зависимости от соотношения между температурой острийного катода Т и напряженностью поля на его поверхности F различают три режима эмиссии эмиссия Шоттки, термополевая электронная эмиссия и полевая электронная эмиссия В данной работе были проведены прямые эксперименты по измерению энергетических распределений вольфрамового острийного катода покрытой цирконием в этих режимах эмиссии, приведены результаты экспериментальных исследований

Во втором параграфе рассматривается возможность изучения возбужденных электронных состояний в металлах между уровнем Ферми и уровнем вакуума фотостимулированной полевой электронной спектроскопией В работе [7] различные изгибы и пологие участки на характеристиках Фаулера-Нордгейма для вольфрама и тантала, появляющиеся при облучении их фотонами с энергией, меньшей работы выхода, были объяснены особенностями зонной структуры с учетом прямых и непрямых оптических переходов В данной работе эмиттер из вольфрама освешали через шюскопараллельное сапфировое окно сфокусированным лазерным излучением, используя лазеры ЛГ-70 на парах Cd (Х=0,44 мкм, мощность 20 мВт), аргоновый Л Г-106М (к. =0 5145 мкм, мощность 100 мВт) и гелий-неоновый ЛГ-75 (1=0,63 мкм, мощность 20мВт) Исследование распределения электронов по полным энергиям осуществляли с помощью анализатора с задерживающим полем, разрешение которого по высокоэнергетическому краю составляло ~40 мэВ В экспериментальных результатах распределение, которое соответствовало бы фотоинлуцированным электронам, отсутствует, но был заметен температурный эффект Очевидно, в случае туннелирования фотоиндуцированных электронов квантовый выход будет значительно ниже По результатам экспериментальных измерений в этих условиях, оценка квантового выхода туннелирования фотовозбужденных электронов составляет менее 10 10 электронов/квант

Третий параграф главы посвящен распределению электронов по энергиям при высоких плотностях тока Впервые особенности в энергетическом

распределении электронов в виде так называемых высокоэнергетических "хвостов" были обнаружены Ли и Гомером [8] при исследовании полевой эмиссии из граней {120}, {111}, {112} вольфрама Было предположено, что наиболее вероятным объяснением данного результата является двухчастичное туннелирование, в известном смысле аналогичное возбуждению оже-электронов Основные идеи многочастичного туннелирования были развиты в работе [9] при попытке объяснить возникновение высокоэнергетических "хвостов" в энергетическом распределении электронов Наиболее полноценные экспериментальные результаты по таким особенностям энергетического распределения было получено в работе [9] с помощью дисперсионного ащлизатора энергий, что позволило существенно расширить диапазон исследуемых энергий Дополнительно к высокоэнергетическим "хвостам" были обнаружены и низкоэнергетические "хвосты", возникновение которых не согласуется с моделью м ногочастичного туннелирования Как и в предыдущих работах, интенсивность высокоэнергетического "хвоста" была на 4-5 порядков ниже по сравнение с максимумом распределения электронов по полным энергиям

В данной работе проведено детальное экспериментальное исследование особенностей в высокоэнергетической области распределения электронов по энергиям в широком интервале энергии Так как отклонение от модели Фаулера-Нордгейма наблюдается в области больших плотностей токов, где и следовало бы ожидать корреляционных эффектов, то измерения проводились до максимально допустимых выбранной методикой измерений плотностей токов (~105 А/см2). Объектами исследований были термически сглаженные и перестроенные монокристаллические вольфрамовые эмиттеры Для измерений были выбраны сильно эмитирующие кристаллографические направления и их окрестности Для направления {111}, кроме того, имеются экспериментальные данные по энергетическому распределению электронов, полученные в работах [8] при 20 К. и [9] при 78 К, и позволяющие провести сравнение полученных результатов Проведены экспериментальные исследования энергетического распределения с наблюдаемыми особенностями в высокоэнергетической области для граней {til}, {112}, {116} монокристалла вольфрама, а также зависимости высокоэнергетического края распределения от анодного напряжения при разных значениях температуры эмиттера Полученные экспериментальные результаты по измерению высокоэнергетических "хвостов" распределения электронов по энергиям при высоких плотностях тока (рис 7) в основном совпадают с результатами предыдущих работ Проявление указанных особенностей в высокоэнергетической области распределения электронов по полным энергиям наблюдалось и в условиях термополевой эмиссии Большое количество экспериментальных измерений, проведенных при различных условиях эмиссии электронов, позволили сделать вывод, что в области высокоэнергетического края распределения электронов по энергиям интенсивность и вид кривой распределения зависят только от величины эмиссионного тока

Рис 7 Зависимости высоко-

энергетического края распределения

1-иаэ=3,4кВ, 1п=1 108А, N3=2,1 105эл /с,

2-иаэ=3,6кВ, 1п=3 10 8А, N,=9,5 105эл /с,

3-и„=3,8кВ, 1п=6 10 8А, N,=3 106эл /с,

4-иаэ=4,0кВ, 1п=1 10"7А, N,=1 107эл /с,

Это дало основание для поиска других механизмов - источников возникновения особенностей распределения электронов по энергиям при больших плотностях тока

В четвертом параграфе рассмотрено взаимодействие электронов непосредственно после эмиссии в вакууме, в качестве возможной причины возникновения низко- и высокоэнергетических «хвостов» в энергетическом распределении Согласно работе [8] значение средней энергии Ек кулоновского взаимодействия электронов в вакууме друг с другом в условиях наблюдения высокоэнергетического "хвоста" распределении электронов по полным энергиям, имеет величину порядка 10 * эВ Это значение справедливо в рамках предположения, что электроны эмитируют из одной той же точки поверхности катода через равные промежутки времени при соответствующей плотности тока Основная сложность проблемы связана с учетом взаимодействия электронов под барьером в области, непосредственно прилегающей к поверхности металла Полный квантовомеханический расчет туннелирования взаимодействующих электронов является сложной теоретической задачей Однако в данном случае можно воспользоваться результатами известных работ, посвященных объяснению нелинейности экспериментальных характеристик Фаулера-Нордгейма в области предельных плотностей эмиссионного тока Как показано в работе [10] по влиянию объемного заряда на полевую эмиссию, при вычислении прозрачности барьера можно воспользоваться простой теорией, не учитывающей ни объемного заряда, ни сил электрического изображения во всем интервале полей Физический предел применимости такого подхода находится там, где коэффициент прозрачности Э- 1, те когда существенно сказывается истинная форма барьера Таким образом, взаимодействием электронов под барьером в широком диапазоне плотностей токов можно пренебречь

В данной работе представлена модель парного взаимодействия электронов, рассматривающая полевую эмиссию электронов как последовательность случайных событий, происходящих с течением времени, что является более реальным Вероятность распределения временного интервала т между актами эмиссии определяется выражением Пуассона Р(т)=(т'Га) ехр(-гг^, где т„ - среднее время между отдельными актами эмиссии На рис 8а приведена модель расчета движения взаимодействующих электронов

в эмиссионном поле, где силы, действующие на электроны, иллюстрируются геометрически Предполагается, что первый электрон выходит из катода из точки пересечения оси z с поверхностью эмиттера, а второй - с энергией E¡ и импульсом ро после истечения времени т в произвольном направлении Так как направление вылета второго электрона относительно первого равновероятно, то вероятность вылета электрона под углом его относительно оси z будет

определяться выражением Ра ~ — = sm а" d—, где S=2nr02(l-cos60) -

s 1 - cos в0

площадь полной эмиссионной поверхности эмиттера радиусом г0 и углом эмиссии во, dS=2jcr02sinaoda - площадь кольца, ограниченного в пределах угла а0 на эмитирующей поверхности Поскольку акты вылета и направления движения электронов являются независимыми событиями, то полная вероятность Р появления первого электрона со статистическим весом co(Ei, p,¡) и второго электрона с весом ш(Е2,р,г) под углом a<¡ через интервал времени г определяется произведением

sin a0da г , P(z,E¡,E2,Pii,pu)=cjú(El,p,l)cü(E1,pl2), „ е

1 cos é7 q x q

Варьируя значения г, можно определить по уравнению движения первого электрона в автоэмиссионном поле его координаты Определяя с соответствующей вероятностью Р координаты второго электрона, необходимо решить совместно уравнения движения двух взаимодействующих электронов Так как эти уравнения представляют собой систему нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка, то обычно они решаются численными методами Устойчивость решения получена изменением шага сетки до приемлемой точности - до пятого знака значения скорости Начальные скорости электронов на поверхности катода приняты равными нулю, так как учет их при движении электронов в автспм иссионном поле незначителен На рис 86 представлены результаты проведенного расчета для эмиттера с типичным радиусом кривизны Гд= 105 см при различных плотностях

Рис 8 Модель расчета и рассчитанные кривые энергетического распределения электронов при полевой эмиссии с учетом кулоновского взаимодействия в вакууме б) 1-(/о)=3000 В, уо=103 А/см2, 2- 6/^=4000 В, у0=5,3 104 А/см2, 3-(/„=5000 В, 70=5,5 10' А/см2,

Как видно из рис 86, расчетные зависимости распределения электронов качественно и количественно подтверждают экспериментальные результаты Поэтому, проявление многочастичных эффектов и туннельного времени жизни электронов на энергетических распределениях электронов при полевой эмиссии возможно и есть, но полученный результат представляется в настоящее время более убедительным

Пятая глав» диссертации посвящена исследованию энергетического распределения эмитированных электронов из образцов наноструктрированных металлов (N1, W), полученных методом интенсивной пластической деформации [11] Интерес к субмикрокристаллическим (СМК) материалам со средним размером зерен около 100 нм вызвано тем, что их физические свойства существенно отличаются от свойств обычных крупнозернистых материалов [12]

В параграфе 1 приведен обзор структуры СМК металлов

Особенностью структуры СМК материалов, полученных интенсивными пластическими деформационными методами, является наличие неравновесных границ зерен, которые служат источником больших упругих напряжений Знание электронной структуры СМК материалов позволило бы глубже понять физическую природу свойств этих материалов Это прежде всего относится к поведению электронов внешних оболочек атомов, коллективизация которых приводит к возникновению большой энергии связи материалов и определяет свойства металлов и сплавов Существенные отличия физических свойств СМК материалов, структура в которых получена интенсивной пластической деформацией, от свойств обычных крупнозернистых материалов, судя по многочисленным исследованиям, обусловлены особенностью неравновесной структуры СМК материалов

В параграфе 2 этой главы описаны способ подготовки образцов и методы их исследований с помощью полевой эмиссией Одним из способов получения компактных сверхмелкозернистых материалов с размером зерен 100— 300 нм (СМК материалов, лишенных пор и загрязнений) является интенсивная пластическая деформация [11 ] В основе этого метода получения положено формирование за счет больших деформаций сильно фрагментированной и разориентированной структуры Образцы из СМК материалов, предназначенные для исследований полевой эмиссией, изготавливались в виде острий методом электролитического травления Полученные острия имели радиус кривизны при вершине - 100 нм, микроструктура в полученных остриях сохранялась Распределения по полным энергиям эмитированных электронов под действием сильного электрического поля измеряли для различных участков эмитирующей поверхности острия, контролируя положение участка (направление эмиссии) по полевому эмиссионному изображению В исследованиях полевой электронной спектроскопии образцов из СМК N1 и получены два типа распределений электронов в зависимости от выбора эмиссионного участка на

поверхности вершины полевого острия (рис 9) а) распределения классического вида с одним пиком, б) распределения с дополнительным максимумом в низкоэнергетической части Проведение анализа результатов, полученных для никеля, было затруднено отсутствием экспериментальных данных о том, из какой области микроструктуры (из тела зерен или из окрестности границ зерен) были получены энергетические спектры Для разрешения этого затруднения результаты исследования СМК вольфрама были дополнены данными полевой ионной микроскопии этих образцов Это позволило однозначно идентифицировать микроструктуру участков, с которых снимались распределения эмитированных электронов по полным энергиям

а) б)

Рис 9 Распределение электронов по полным энергиям при различных значениях эмиссионного напряжения для СМК W

а) удаленной от границы зёрен, б) содержащей границу зерен

Полученные результаты, возможно, связаны с различием в работах выхода электронов из зерна и зернограничной области Значительную долю в эмиссии электронов из нанокристаллических металлов может составлять большая доля границ зерен в его объеме и их особое, неравновесное, состояние Говорить, что эмиссия электронов происходит с различных уровней Ферми для участков металла, находящегося в электрическом контакте, естественно, нельзя Можно рассматривать влияние поля «пятен» на распределение, вызванное контактной разностью потенциалов В этом случае контактное поле может действительно разнести электроны, эмитированные с уровня Ферми, по энергиям - одних ускоряя, других замедляя Эффект будет зависеть от величины протяженности контактного поля, где уровень потенциала, соответствующий уровню вакууму, не постоянен, и будет определяться длиной дебаевского экранирования для областей контакта Для металла в обычном состоянии эта длина имеет величину около 0,05 нм, поэтому на экспериментальных энергетических рис пределе ниях контактное поле не проявляется, поскольку его область действия намного меньше размеров зондируемой поверхности Предположение о большем значении длины

экранирования в случае СМК металла, сравнимым с диаметром зондирования (и 10 нмХ обосновать трудно, хотя ширину физической границы зерна, определяемую неравновесном положением атомов, считают равной »8 нм Логичным было бы объяснить полученные экспериментальные энергетические распределения для в зернограничной области изменением плотности электронных состояний ниже урювня Ферми и их проявлением в данных экспериментах

Исследованное СМК остриё затем подвергали отжигу при температуре ~ 800 °С в течение 20 минут Энергетические распределения электронов для различных участков поверхности эмиссии отожженного полевого острия имели однопиковый вид, характерный для обычной металлической поверхности

В шестой главе диссертации приведены результаты полевой электронной спектроскопии углеграфиговых материалов, на примере полиакрилонитрильного (ПАН) углеродного волокна Исследованы энергетические распределения электронов и вольтамперные характеристики тока полевой эмиссии, а также их зависимости от напряженности электрического поля и температуры Прюведен анализ экспериментальных результатов и объяснены механизмы появления аномалий в энергетических распределениях электронов и вольтамперных характеристиках эмиссии из углеграфиговых материалов

В параграфе 1 проведен обзор электрофизических свойств углеграфиговых материалов Углеграфитовые материалы относят к двухфазным системам, состоящим из аморфного углерода и кристаллитов турбостратной структуры (отличной от графигаХ величина запрещенной зоны которых достигает 0,5 эВ и более [13,14] Различные стадии превращений от ароматических углеводородов через переходные формы углерода к кристаллическому графиту можно представить в виде последовательного уменьшения ширины запрещенной зоны В отличие от кристаллического графита, обладающего, по существу, металлической проводимостью, переходные формы углерода являются органическими полупроводниками, электрические свойства которых определяются делокалкзованными я-электронами

В параграфе 2 главы прюведен обзор внутреннего строения углеродного ПАН-волокна и описана технология получения углеродного ПАН-волокна из синтетического полиакрилонитрильного волокна Углеродное ПАН-волокно представляет собой химически чистое вещество - на 99,9% оно состоит из углерода [14] На современных электронных микрофотографиях высокого разрешения углеродного ПАН-волокна хорошо прослеживается развитие слоистой структуры волокна и уменьшение расстояния между слоями с рюстом температуры термообработки от 1500 °С до 2500 °С Результаты исследования исходной надмолекулярной структуры углеродного ПАН-волокна показали, что оно обладает чешуйчатой фибрштьной суперструкгурой Фибриллы образованы тур>бостратными кристаллитами, которые связаны друг с другом

через базисные плоскости аморфным углеродом При диаметре волокна 6-10мкм фибриллы имеют характерные размеры длина 25-100 нм, диаметр 2-5 нм

В параграфе 3 описана процедура изготовления углеграфитовых эмиттеров Классические способы заострения металлических и полупроводниковых эмиттеров с помощью электрохимического травления или катодного распыления нашли свое применение и при изготовлении эмиттеров из углеродных волокон Кроме того, разработаны и новые способы заострения и повышения эмиссионной способности углеродных ПАН-волокон, например, "формовкой" в техническом вакууме [15], после которой эмиссионные токи катодов значительно возрастают Для заострения эмиттеров с помощью катодного распыления в инертной среде нами была разработана и опробована конструкция устройства Одно из необходимых условий получения воспроизводимых результатов в исследованиях углеродного ПАН-волокна методом полевой электронной эмиссии - исследование эмиссии электронов из кристаллитов, содержащихся в нем При измерениях энергетического распределения электронов, когда стабильность эмиссионного тока оказывает главное влияние на точность измерений, к качеству электрического контакта между катодом и дужкой предъявляются особые требования Для улучшения электрического и теплового контакта волокна и дужки увеличена площадь контакта Качество электрического контакта оценивалось по величине смещения энергетических распределений электронов в зависимости от анодного напряжения и тока эмиссии эмнггера Уровень шумов при измерениях был близок к уровню шумов при измерениях эталонного вольфрамового эмиттера Все это позволило оценить качество полученного электрического контакта между углеродным волокном и вольфрамовой дужкой как высокое

В параграфе 4 проведен в начале краткий обзор исследований свойств углеграфитовых материалов методами полевой эмиссии Углеграфитовые материалы с самых ранних исследований привлекали к себе внимание, прежде всего высокими эксплуатационными качествами - стабильностью эмиссии в высоком техническом вакууме, инертностью по отношению к остаточным газам Далее, в параграфе представлены результаты оригинальных экспериментальных исследований энергетического распределения электронов из углеродного ПАН-волокна и обсуждение Измерения энергетических распределений электронов были начаты на реальной поверхности Энергетические распределения электронов измерялись в диапазоне анодных напряжений от 3380 В до 3980 В с постоянным шагом 60 В (рис 10а) При напряжении 3980 В сканирование продолжалось с интервалом в 1,5 - 2 минуты, поскольку наблюдалось изменение формы распределения, сопровождавшееся небольшим увеличением эмиссионного тока Вновь были измерены распределения в диапазоне от 3980 В до 3420 В с постоянным шагом 40 В (рис 106) При повторных сканированиях распределения хорошо воспроизводились Сравнение рис пределе ний, измеренных при низких анодных напряжениях и приведенных на рис 10 а,б показывает, что

низкоэнергетический максимум нового распределения совпадает по форме и положению на энергетической шкале с распределением, измеренным в начале

| хкт

10000

о

40000

6)

Рис 10 Энергетические распределения электронов ПАН УВ-эмигтера после формовки в техническом вакууме - (а) и (б) - после появления дополнительного высокоэнергетического максимума во время непродолжительной выдержки катода при Ц,=3980 В

Если при увеличении анодного напряжения низкоэнергетический максимум нового спектра сдвигался в область низких энергий, (рис 10а), то положение высокоэнергетического максимума оставалось постоянным, а его относительная величина возрастала Такое поведение высокоэнергетического максимума распределения в зависимости от анодного напряжения очень похоже на поведение высокоэнергетического максимума энергетического распределения электронов из углеродного волокна описанного в [15], авторы которой объясняли поведение высокоэнергетического максимума надбарьерной эмиссией электронов разогретых проникающим электрическим полем до энергий более 2 эВ

Седьмая глава диссертации посвящена полевой электронной спектроскопии тонких углеродных пленок на металлической поверхности В данной работе проводилось напыление тонких углеродных пленок на поверхности вольфрамовых полевых катодов и выяснение влияния полученных покрытий на эмиссионные характеристики острий Исследовались энергетические распределения эмитированных электронов, а также вольтам перные характеристики, полевые эмиссионные изображения, стабильность эмиссии

В первом параграфе рассмотрены основные существующие методы напыления углеродных алмазоподобных гигенок, терминология в названиях углеродных конденсатов и ее связи со структурными свойствами получаемых покрытий

Во втором параграфе главы проведен обзор электрофизических свойств алмазоподобных пленок, полученных различными способами Рассмотрены электрические и оптические характеристики образцов алмазных пленок При имеющемся многообразии методов напыления углеродных покрытий, возможно изготовление слоев практически с любыми заранее заданными

свойствами кристаллической структурой, шириной запреиснной зоны, величиной и типом проводимости, концентрацией легирующей примеси В третьем параграфе рассмотрены эмиссионные характеристики образцов алмазных пленок по данным литературы Приведены некоторые методы приготовления образцов катодов для исследования полевой эмиссии га алмазных пленок Обычно это достигается путем изготовления катода в виде очень тонкого острия с радиусом кривизны конца менее 1 мкм Однако при исследовании алмазных пленок применяются еще две методики, позволяющие изучать и плоские поверхности В одном случае, между поверхностью плоского образца с алмазной пленкой на какой-либо подложке и плоским же анодом устанавливается малое расстояние, при котором достигается необходимая величина поля и начинается эмиссия В другом - плоская поверхность пленки зондируется игольчатым анодом Этим методом возможно определение работы выхода исследуемой поверхности и снятие вольтам перных характеристик на отдельных ее участках Получение же истинных вольтам перных характеристик полевого тока, характеристик Фаулера-Нордгейма и энергетических распределений электронов, возможно лишь на образцах острийных полевых катодов В этом случае также становится возможным исследование структуры полученного слоя методом полевой электронной микроскопии На основе данных по вольтамперным характеристикам полевого тока и эмиссионным изображениям, сделаны некоторые предположения о характере эмиссионного процесса с поверхностей поликристаллических алмазных пленок

В четвертом параграфе описаны проведенные в данной работе два способа получения и результаты исследований углеродных покрытий с целью изготовление полевых катодов В первом способе использовался метод химического парофазного осаждения углерода на подложках при возбуждении плазмы рабочего газа в высокочастотном тлеющем разряде (метод ЯРСУО) Температура подложек контролировалась, на нагревателе одновременно помешалось несколько подложек 81(001), стекло и сапфир Рабочим газом служил ацетилен, в процессе получения газ тивтельно осушался при прохождении через порошок СаС2 Метод СУО позволяет получать тонкие углеродные покрытия с некоторой долей Бр3-связанных компонентов на поверхностях плоских подложек Однако, при напылении на острия возникает ряд трудностей помещение кончика острийного эмиттера в высокотемпературную плазму углеводородного газа или близко к горячей нити накала в некоторых случаях, особенно при очень остром конце эмиттера, приводит к увеличению радиуса его кривизны, что особенно нежелательно для дальнейшего исследования эмиссионных свойств Нужно еще отметить невозможность получения в таких вакуумных условиях атомарно чистой поверхности острия перед напылением углерода, что особенно важно с учетом его микронных размеров С учетом этого, образцы алмазоподобных полевых эмиттеров решено было получать вторым способом, методом ионно-лучевого осаждения [16] В данной работе разработана и собрана оригинальная установка, использующая источник положительных ионов типа дуоплазмогрон, для изготовления тонких углеродных пленок методом ионно-лучевого

осаждения. Схематическое изображение самого источника положительных ионов углерода и его соединение приведено на рис. 11а,б.

Г

т

?

а)

б)

Рис. 11. Схематическое изображение источника ионов а) и его соединение б).

С помощью вышеприведенной системы проведено напыление тонких углеродных плёнок на подложки из кремния ориентации (500), керамики, металла (вольфрам, молибден), а также на острия (вольфрам ) для изучения эмиссионных свойств полученных слоён.

Исследования углеродных покрытий, полученных методом ионно-лу чевого осаждения, были проведешл методами электронной микроскопии, методами вторично-иоННой масс-с псктрометрии. Основные результаты изучения структуры полученных покрытий можно свести к следующему:

1. Во всех образцах присутствует некоторый б};ферный ЩоЩ имеющий аморфную структуру и, при достаточном времени осаждения, покрывающий всю поверхность подложки. Чем меньше энергия гадающих ионов, тем большую толщину он имеет.

2. На непрерывном аморфном угдеродном слое при дальнейшем осаждении образуются отдельные кристаллиты, имеющие правильные треугольные грани, а так же частицы неправильной формы, соответствующие поликристаллическим структурам.

3. Преимущественной ориентации кристаллитов в плёнке не наблюдается, что обусловлено наличием аморфного буферного слоя.

При больших временах осаждения плотность кристаллитов увеличивается, и они полностью покрывают подложку. При этом границы между ними заполняются областями аморфного углерода. Далее рост плёнки происходит со значительно меньшей скоростью, что обусловлено накоплением заряда на непроводящих кристаллитах.

В пятом параграфе приведены основные результаты исследования эмиссионных свойств полевых катодов п виде вольфрамовых острий, покрытых топкой углеродной плёнкой. Методом полевой эмиссионной микроскопии представлены эмиссионные изображения эмитирующего острия. Приведены также вольтам пер ные характеристики эмиссионного тока, как со всего острия, сак и с зондируемых участков на его поверхности, построены соответствующие

характеристики Фаулера-Нордгейма Наиболее важные результаты представлены в виде распределений эмитированных электронов по полной энергии, имеющих вид как однопиковых, так и двухпиковых распределений в зависимости от толщины осаждённого апмазоподобного слоя Исследованные острия тестировались при различных величинах проходящего тока в течение времени Также проводились различные температурные воздействия та углеродный слой от слабого стабилизирующего эмиссионный ток прогрева до полного удаления пленки при высокой температуре не разрушающей, однако, вольфрамового острия Для изготовления подложечных острий, на которых в дальнейшем осуществлялся рост алмазоподобной пленки, использовалась поликристаллическая вольфрамовая проволока диаметром 0,08мм Углеродная пленка на поверхность острия осаждалась ионно-лучевым методом при энергиях падающих ионов в шггервале 70-150 эВ, толщина контролировалась по времени осаждения В некоторых случаях, до нанесения пленки, проводилось измерение эмиссионных характеристик чистого вольфрамового острия При этом процесс обезгаживания и очистки эмиттера проводился до тех пор, пока эмиссионный ток не стабилизировался и не получалась атомарно чистая поверхность вольфрама, что проверялось эмиссионными изображениями Достижение необходимой формы кончика острия гарантировало неизменность фактора усиления поля у его поверхности при напылении апмазоподобного слоя, который при использованных толщинах значительно не изменял форму острия Это позволяло непосредственно сравнивать эмиссионные характеристики чистого острия и покрытого пленкой, а также оценивать изменение значения работы выхода поверхности с покрытием

Представлены результаты распределения электронов по полным энергиям, эмитированных остриями с различной степенью покрытия углеродной пленкой В случае полупроводящего эмиттера, с повышением

/

\ —

I

4.u 4m «41 с.» 4m 4*» 441 xii

//'Л/ \ / 4

а) б)

Рис 12 Энергетические распределения электронов а) - толстый, б) тонкий слой

температуры полная ширина энергетического распределения сильно возрастает, т к это приводит к большему заселению энергетических состояний выше дна зоны проводимости при отсутствии вырождения в приповерхностной

области или sniuK урог>н> в IV час вы рождения, коюрое описывается

изгибом зон около ronsfxi ' '"тот чзгиб определяется совместным действием зарядов ь поверхностных состояниях и

проникновением внсинеге ";лч a пову проводник Характерный вид распределений, полученных с ir крыт or о углеродом вольфрамового острия при разной относительной толшине слоя, not азан на рис 12 а,б

В шестом параграфе члвы приведены физические модели для объяснения полученных экспериментальных данных, уточнены характеристики иссчедованной системы мегалгштс!.. че < с рис-пленка Обсуждены вопросы электронной структуры п^л\чеччыч слоев ширины запрещенной зоны, наличия поверхностных сосюяний, локальных уровней и зон дефектов в пленках Гакже обсуждены различные меха низ мы сопровождающие процессы переноса электронов из вол1 фрамонои оодложки через алмазную пленку в вакуум При этом учтены инлекция носителей в зону проводимости полупроводникового слоя, их р?С1_еяние в пленке и туннелирование в вакуум Гакже учтеьа возможное м> тс не pi ст ичехьог о туннельного прохода злектронов через то.жип слои и i.vne.. ия и1 ь-ок'ггной зоны материала Отмечены некоторые возмо/sitbn. че-ant >"r.i пореши,. ¡лею ронов через слой углерода Обращено вчкм i >г • . р змео^ы4 1ф(|екгив, вплоть до чва1-гевых при использовании ачмазополобных слоев ь.х толщин На основе roí'i иал'счени чу i, оро жя ¡«.ории полевой эль > ронной эмиссии изученн 'X л .v.

t

Рис 13 Идлюо раци4 раз ышых * оегаыя.ощих полного эмиссионного тока и процессов в тонкой гпенье тп\ ировод^ика на поверхности металла

На рис 13 представлены по i л j/кнь". группы электронов эмитирующих из системы металлическое ос i рне-члечки 1 [ри it ом ог новпой вклад в ток полевой эмиссии дадут следующие ipyinin1 > 'ек~*р°ног в соответствии с обозначением на рис 13

1 1уннсльно прошедшие "с »ии г, iпр íbiMH» л чвын спой без потерь энергии с уровня Ферми чоттраи boi* iViUii/K-.i При налом значении электронного < рээетна слоп ) марины пройдут над бартером на границе

раздела пленка/вакуум. го есть , i w полу проводящее покрытие образует «эффективное» oipnuareibnoe сродство к з .етсгрону

2 Эта группа электронов вы\одт в вакуум из зоны проводимости, вырожденной в результате сильного наклона энергетических тон в приповерхностной области ,чл игониктювения поля Чем сильнее наклон зон, тем более широкий максимум г pi> пределе кии по эиерши будет соответствоват ь этой еОставляюшс.и почнпг о т ока

3 Когда ôapLep па го^ннц* с b-j^'wom становится особенно узким в результате noBoiveiuu .грчтпм-ино!1 n.:,i; возникав эмиссия ш валетноч зоны алмазоподо[|но1 о к' ¡»-нм 'ia.; максимум интенсивности отстоящий от элегпро к. в иго рои ^мпы г омРлизигрльно на ве ангину ширины запрещенной зоны сфорл.ированнл , 'ер^ шп. о с то/

Исходя из это о м'лнч ,(ч чнчь ито в же )ери>'ентальном распределении (рис Р б) пргдетар "чпт nt.p3r.tt ,'в; iрупчы

В последнем параграфе даннсн1 г рвы приведены рез\дьта(ы нолевой эмиссии из тонкопленочных полимерных. покрытии В качестве полимера был выбран полидифениленфталид .'П/!1>), в кагором ранее к» v чале? период т нна дюлектрнк-метатл, индуцированный различными внешними во* действии ми Для изготовлен!! острий на которых в дальне!'нем наносимое * по шмег ное покрытие. исто .ьзова iach также по 1,«ф1ь.-,>лгшческая вольфрачо°а i проволока диамегоо.м 0,04 мм Оценке !"> • 'Ч'ны i .чш, е-'-'о/ ллепчи на острие дает примерное зна"' ч1? <-нг_ 1

До нанесения i ijiw.ldik Г. ■ с><к.: эмиссионная кчртина поверхности текстурированного \v острия ноеле iVl чическон очитки имста типичный вид для монокристалла П iK 1 груктуры с leirpoM чз грани [('¡I} После нанесения полимерно! о пофьпия оС-цни размер эмиссионный картины не изменялся, но изменялась етрмсура 1 f, чны (рн«_ !4а) Стрелкой : ка'а-'о положение зондирующего отпе,1Стия на j к разе

На рие 14^ и ре u"i >е -и 1 \а;\птк г >кп Фаулсра-i lop ir еима ьы атомарно чистой» во-ифп imv Bol с ч-трн* и л. ис.рия с нанесенной ,>а сто поверхность полич.ерш Г* г. к чки К ik нричило в> лыамперные характерце .ват Фаулера-Нор1-е"\ ч нсп..,и, ivioi т,"»' м? 1 < изленечла работы hmxoji' электронов пои напьпенш' ¡1.1 -1. теткой пленки но можно

осуществить, предполагая чю шчпнг -те р"чеекого нота у поверхности одинакова до и после нанесения покрытия Измеренные вольт-амперные характеристики полного тока каюла с рсшиисрным покрытием, пос1роенные графики в коортннатач Фау тепа-Нори римл и проведенные расчеты относительной величины электронной paoo^bi выхо ia эмиттера с полимерным покрытием дают значение эффект нвний эчек^ронной рабо1ы выхода на порядок ниже в сравнении с вольфрамом Задаваясь ве дичиной электронной работы выхода для вочьфрама, равной 4 5 >И, значение эффективной работы выхода для полимерного покрытия разно 0 4 эВ

lllT .'."Ж-V-

g

tJ-ЭО £

: .....' .

Ш

4 ------- — — "Л

3---

2" ~ . ■ч

\

1

G.OXCC O.dOOK C.03QW ОЙХЭЗ 0.0}'.»5 ООС15# йСОМб Oil0lG5

1U.B

а) б)

Рис.14. Эмиссионная картина острия с полимерным покрытием (а) и характеристики Фаулера-Нордгейма (б): слева для чистого вольфрама (1), оправа 3 линии для полимерного катода (2- начальная после нанесения полимерной пленки, 3 и 4- после термического отжига и формования катода эмиссионным током).

mm шм isooo

14000 1200О ■ ЮНОЙ SCO О SflflU 4000

гсио а

Г

/ !

1 * А

) \

\ (

/ /

/ ./ At*

У /Wu №

а) б)

Рис.15, а) Энергетические распределения электронов с острия с полимерным покрытием (слева, Ua::,=l 180 В) и с чистого вольфрамового (справа, Ua,-33Q0 В), б) Серия энергетических распределений электронов с острия с полимерным покрытием по мере возрастания интенсивности тока электронов от Уаз: I-H60B; 2-900 В; 3-940 В; 4-980 В; 5-1020 В; 6-1060 В; % 1100 В.

На рис. 15а приведено сравнение энергетического распределения с полимерным покрытием эмиттера с распределением чистого вольфрамового острия при одинаковой интенсивности в максимуме. 1 ¡редста в ленные зависимости показывают, что распределение для случая с полимером более широкое, смещено в сторону низких энергий на ~ 0.5 эВ и ныеоксонергетичсский край растянут. Влияние величины эмиссионного напряжения на вид энергетического распределения имитированных электронов показано на рие.15б. Серия распределений, полученные с покрытого полимерной пленкой острия, имеют существенные отличия от распределений для чистого металлического эмиттера. Видно по распределениям, что эмиссия

электронов с полимерной пленки происходит из двух энергетических областей, вначале при меньших значениях ии (кривые 1- 4, рис 156) с одной При достижении некоторого значения интенсивности тока электронов или поля в полимерной пленки, начинается эмиссия и со второй (кривые 5-7), как следствие образования проводимости, индуцированного сильным

электрическим полем Интерпретация полученных экспериментальных результатов требует учета различных механизмов рассеяния электронов в полимерной пленке и выхода их в вакуум В работе [17] было показано, что наличием электронных состояний в середине щели полимера, индуцированных инжектированным из металла зарядом, можно объяснить многие аномалии в переносе заряда через такие полимерные пленки С учетом этого модель полевой эмиссии в структуре металл-полимер-вакуум можно представить следующим образом На первой стадии происходит инжекция заряда в полимер и инжектированный заряд может индуцировать глубокие электронные состояния практически в середине щели Присутствие этих состояний значительно увеличивает вероятность инжекции заряда из металла в полимер, так как эти состояния располагаются вблизи инжектирующего уровня металла, фактически на уровне Ферми полимера Приложенное к системе электрическое поле приведет к дополнительному изгибу энергетических уровней, в результате чего происходит сильное понижение эмиссионного барьера, который может стать достаточно низким для того, чтобы электронам можно было эмитировать через него при более низких полях по сравнению с чистой металлической поверхностью Таким образом, можно найти объяснение значительному уменьшению эффективной работы выхода при покрытии полимерной пленкой металлического электрода, и понять характер энергетического распределения эмитированных электронов с такой поверхности

В заключении приведены основные результаты и выводы диссертационной работы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1 Проведены расчеты и разработаны конструкции анализаторов электронов по энергиям с задерживающим потенциалом и дисперсионным элементом При выборе конструкции энергетического анализатора по основным параметрам (разрешение, анализируемый энергетический диапазон, чувствительность, быстродействие) учтена возможность изготовления элементов электродной системы и его сборки в обычных лабораторных условиях, а также простота юстировки при перемещении эмиттера и удобство работы Освоенные методы расчета электронных траекторий в электронно-оптической системе (касается в большей степени анализатора с дисперсионным элементом) позволили лучше понять работу анализаторов и оптимизировать его взаимозависимые характеристики, такие как разрешение, полный анализируемый ток, область анализируемых энергий и динамический диапазон Создана комплексная измерительная установка для проведения в условиях

сверхвысокого вакуума ?лс«1р иной спектроскопии в сильных электрических полях с аналтатором д»и.пе,хионного типа и с возможностью одновременного наблюдения эмитирующеи поверхности а также измерения полного и зондового тока с учасггъ поверхности Изготовленные с использованием этих критериев конструкции а млчиюрев электронов по энергиям не уступают по своим характеристикам известны л зарубежным полевым электронным с пе кг ром етрам

2 Разработана методика измерения распределения электронов по поперечным составляющим ичпучьса при полевой эмиссии из атомарно-гладкой поверхности металла и создана конструкция дисперсионного анализатора энергий электронов, позволяющая проводить эги измерения Тем самым реализована возможность одновременного измерения распределения электронов как по полным энергичм гак и углового распределения, связанного с поперечной составляющей скорости эмгг ированного электрона и определять закон дисперсии в металлах

3 Доказано, чю протяженность и интенсивность высскоэнергетических «хвостов» распределения электронов по ночным энергиям из металла при высоких плотностях эмиссионного lmd згьлсят точько от вечичины плотности эмиссионного тока Проведен анализ погу ч*. нчы1- результатов и установлено, что они плохо согласуются с су _ес~ в^ юа, *м и теориями мно^очастичного гуннелирования и теорией связанной ^ конечное.ыо времени жизни электрона в приповерхностной обиаеги эмиттера Впервые обоснована необходимость учета статистического характера полевой электронной эмиссии для объяснения экспериментально наС юд^ -'мых отклонений энерт стическо _ распределения ■ нектронов п мбпаси и.ьких и вн<ок"х .энергий относительно уровня Ферми Предложен механизм возникновения низко- и высокоэнсргетических

хвостов» распределит . .ск.ронов не энергиям и ьыполнен полный расчет парною куло ювекого в>аи\ю »,í4 i вия электронов в вакууме, подтверждающий резучыт-ш ïkl г-^лмент эльных исследований

4 Трансформация металча в супм.^рокриьталлическое состояние приводит к качественному изменению чр шог. распределения электронов по полным энергиям В спучае эмиссж и, ou тает ей, содержащих границы зерен, получены два типа кривых не pi егнчеоких распределений электронов с дополнительным пиком в ьиэлоэнерк пг'еской ча^гч и с перегибом в высокоэнергетическои части В .-л_ чае эмиссчн из областей, расположенных ог границь, зерен более чем lui 10 нм лтерт ei ическое распределение имеет к тассический вид Показано чг^ паспредеченпя эмтггированных э1ектронов из областей микрозерен могут отличнъеч ог классических не только из за изменения работы выхода элестроиов но из за разчичия плотности электронных состояний

5 Созданы технологические установки д.-i осаждения алмазоподобных пленок С учетом результатов полученных ча плоских подложках, выбраны оптимальные режимы нанесения пленок меч ,iov ионнс^-лучево! о осаждения на оетрийные (вольфрамовые) змии еры Поичоп. ечои углерода на остриях с различной толщинои при выбран*.и'ечп-'х энергии падающих частиц,

дозы и времени облучения и исследованы эмиссионные характеристики с учетом специфики системы металлическое острие / полупроводниковая плёнка При интерпретации полученных данных учтены особенности электронной структуры полученных слоёв величина ширины запрещенной зоны, наличие поверхностных состояний, локальных уровней и зон дефектов в пленках 6 В работе впервые получены энергетические распределения электронов при полевой эмиссии из системы металл-полимер-вакуум Доказана перспективность использования полимерных покрытий для изготовления полевых эмиттеров с низким значением эффективной работой выхода электронов По характеристикам Фаулера-Нордгейма определено значение эффективной работы выхода для полимерного покрытия, оказавшееся равным 0,4 эВ Исследовано влияние величины анодного напряжения на вид кривых энергетического распределения эмитированных электронов В рамках феноменологической модели электронной структуры метапл-полимер-вакуум объяснено значительное уменьшение эффективной работы выхода при покрытии полимерной пленкой металлического эмиттера

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Бахтизин РЗ, Юмагузин ЮМ Автофотсолектронный умножитель в одноэлектронном режиме //Электронная техника Сер 4, № 3 -1980 С 17-20

2 Бахтизин РЗ, Юмагузин ЮМ Временные характеристики канального умножителя ВЭУ-6 //Приборы и техника эксперимента № 1 - 1982 С 145-146

3 Бахтизин РЗ, Юмагузин ЮМ Полевая зависимость тока авто-фогоэлектронной эмиссии ив вольфрама // Поверхность № 10 - 1984 С 41-43

4 Бахтизин РЗ, Юмагузин ЮМ Анализатор энергетического спектра автоэлекгронов // Приборы и техника эксперимента № 3 - 1982, С 212-216

5 Бахтизин РЗ, Лобанов В.М, Юмагузин ЮМ Автоматизированная установка для снятия ВАХ тока полевой электронной эмиссии // Приборы и техника эксперимента №3 - 1985 С 211-212

6 Бахтизин РЗ, Лобанов ВМ, Юмагузин ЮМ Автоматизированная установка для снятия ВАХ автоэмиссионных катодов // Измерительная техника №10 - 1986 С 51-52

7 Бахтизин РЗ, Юмагузин ЮМ Исследование высокоэнергетического края распределения автоэлектронов по полным энергиям // Поверхность №7 - 1987 С 51-55

8 Бахтизин РЗ, Лобанов В.М, Юмагузин ЮМ Управляющий вычислительный комплекс для исследования энергетического распределения автоэлекгронов // Приборы и техника э кс пер им е та № 4 - 1987 С 247-248

10 Бахтизин РЗ, Фурсей ГН, Птицын В Э , Юмагузин ЮМ Эмиссионные характеристики автокатодов с локализацией эмиссии в малых телесных углах // Известия Академии наук СССР № 7, Т 52 - 1988 С 1250-1253

11 Бахтизин РЗ, Юмагузин ЮМ High-Energy Tails in the Total Eneigy Distribution of Field Emitted Electrons from Tungsten // Phys Stat Sol B, 150, 103 - 1988 P 103-108

12 Бахтизин РЗ , Месяц В Г, Шкуратов С И, Юмагузин ЮМ Peculiarities of field electron emission from high-temperature super-conductois // Goumal de Physigue T 49 , G6 - 1988 P 495-500

13 Бахтизин РЗ, Кучербаев ГЮ, Лобанов ВМ, Юмагузин ЮМ Расчет траекторий электронов в электростатических линзах // Радиотехника и электроника №7 - 1988 С 1556-1558

14 Бахтизин Р 3 , Месяц В Г, Шкуратов С И , Юмагузин Ю М Энергетические спектры автоэлекторонов из высокотемпературных сверхпроводников // Физика металлов и металловедение Т 67, № 3 - 1989 С 610-611

15 Гоц СС, Бахтизин РЗ, Суворов АЛ, Юмагузин ЮМ, и др Низкочастотные флуктуации автоэлектронного тока системы двуокись урана остаточные газы //Поверхность №2- 1992 С 87-92

16 Бахтизин РЗ, Пшеничнкж С А, Юмагузин ЮМ Рост алмазных кристаллитов при ионно-лучевом осаждении углеродных пленок // Поверхность Физика, Химия, Механика № 10 2000 С 9-\2

17 Бахтизин РЗ Пшеничнкж С А, Юмагузин ЮМ Энергетическое распределение электронов, эмигтированных ш алмазной пленки под действием сильного поля // Письма в ЖТФ, т 25, вып 15 - 1999 С 46-52

18 Пшеничнюк С А, Юмагузин ЮМ Влияние тонкого алмазоподобного покрытия на эмиссионные характеристики вольфрамовых острий // Письма в ЖТФ, т 26, вып 2 - 2000 С 72-76

19 Зубаиров ЛР, Литвинов ЕА , Мулюков РР, Юиагузин ЮМ Влияние формирования субмикрокристаллической структуры на полевую электронную эмиссию никеля //ДАН России, т 372, №3 -2000 С 319-321

20 Зубаиров ЛР, Литвинов ЕА , Ивченко В А, Мулюков Р Р, Юмагузин ЮМ Полевая эмиссия го субмикрокристаллического вольфрама // Письма в ЖЭТФ, т 72, вып 5 - 2000 С 377-381

21 Баетизин РЗ, Лобанов ВМ, Юмагузин ЮМ Эмиссионные свойства углеродного ПАН волокна // Поверхность Физика, Химия, Механика № 82000 С 53-58

22 Пшеничнюк С А, Юмагузин ЮМ Химическая чистота алмазоподобных пленок, полученных методом ионно-лучевого осаждения // ЖТФ т 71, вып 10 -2001 С 99-103

23 Лобанов BJV1 , Юмагузин ЮМ Термополевая перестройка углеродного кристаллита // Письма в ЖТФ, т 28, вып 1 - 2002 С 3-10

24 Mulyukov RR, Litvinov ЕА, Yumaguzin YM Characteristics of Field Emission from Nanocrystalline Materials //PhysicaB Condensed Matter, Vol 3242002 P 329-335

25 Лобанов BM, Юм аг узин ЮМ Эмиссионные свойства углеродного нанокристаллига // ФТТ, т 44, вып 3 - 2002 С 462-463

26 Fchenichnyk S А, Yumaguzin Y М Field emission energy distnbution of electrons from tungsten tip emitters coated with diamond-like film prepared by юп-beam deposition //Diamond and Related Matenals 13,-2004 P 125-132

27 Lachinov AN, Komilov V.M, Yumaguzin YuM Section ermssion from polimer films undereiectnc-field influence // Journal of the SID, 12/2 - 2004 P 14928 Пшеничнюк С А, Юм аг узин ЮМ Энергетические распределения электронов, эмитированных с поверхности вольфрамовых острий, покрытых алмазоподобными пленками //ЖТФ, т 74, вып 5 - 2004 С 105-112

29 Зубаиров Л Р , Литвинов ЕА , Мулюков Р Р , Юмагузин Ю М Расшифровка сложных спектров электронов автоэмиссии для катодов с неоднородной работой выхода // ЖТФ, т 74, вып 6 - 2004 С 96-101

30 Мулюков РР, Юмагузин ЮМ Работа выхода электронов из нанокристаллического вольфрама //ДАН России, т 399, №6 - 2004 С 760-762

31 Юмагузин ЮМ, Корнилов ВМ, Лачинов АН Энергетические распределения электронов в системе металл-полимер-вакуум // ЖЭТФ, Т 130, вып 2 -2006 С 303-308

АВТОРСКИЕ СВИДЕЛЬСТВА, ПАТЕНТЫ

32 Бахтизин Р 3, Лобанов В.М , Холин Н А , Чуба ров В Т, Юмагузин ЮМ Способ изготовления острийных автоэмигтеров и устройство для его осуществления //АС № 1482468 от 22 01 89

33 Корнилов В М , Лачинов А Н, Салазкин С Н , Юмагузин Ю М Применение электроактивных полимеров класса полигетероариленов в качестве покрытий, обладающих повышенной эмиссионной способностью // Патент РФ №2237313, от 27 09 2004

34 Корнилов ВМ , Лачинов А Н, Салазкин СН, Юмагузин ЮМ Полевой эмиссионный катод и способы его изготовления //Патент РФ №2271053, от 27 02 2006

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Young R D Theoretical total-energy distribution of field-emitted electron // Phys Rev - 1959 - V 113 N 1 - P 110-114

2 Oostrom A G J van Validity of Fowler-Nordgeim model for field electron emission / Philips Research Report, Supplement, 1966, N I - 102 p

3 Ицкович Ф И К теории автоэлекгронной эмиссии металлов // ЖЭТФ - 1966 - Т 50 Вып 5 -6 1425 - 1437

4 PolitzerB , Cutler Т Band-structure calculation of the electron spin polarization in field emission from ferromagnetic nickel // Phys Rev Ljett -1972 - V 28, N 20 -

P 1330-1333

5 hvcrhart T E. Simplified analyses of point-cathode electron sources // J Appl Phys - 1967 - V 38, N 13 - P 4944-4957

6 Кискер E. Простой метод точного расчета траекторий в электростатических линзах // Приборы для научных исследований -1982 -№1 С 120-123

7 Radon Т, KlemtCh Photofield-emiss ion spectroscopy of optical trans l-tions in the band structure of tungsten // Surf Sci - 1976 - V 60, N 2 - P 540-560

8 Lea С , GomerR Evidense ofelectron-electron scattering from field emission // Phys Rev Lett -1970 - V 25 - P 804-806

9 Gadzuk J W , Plummer E.W Hot-hole-electron cascades in field emission from metals //Phys Jlev Lett -1971 - V 26 - P 92-95

10 КомпанеецАС Влияние объемного заряда на автоэмиссию // Радиотехника и электроника - I960 - №8 -С 1315-1317

11 Бриджмен П В Исследование больших пластических деформаций и разрыва//М Иностранная литература -1955 -С 444

12 Морохов И Д , Трусов Л И , Лаповок В И Физические явления в уль-градисперсных средах//М Наука -1984 -С 224

13 Фиалков А С Углеграфнговые материалы -М , Энергия, 1979

14 ФигцерЭ Углеродные волокна и уг деком поз игы -М Мир 1988-ЗЗбс

15 Latham and D A Wilson The energy spectrum ofelectrons field emitted from carbon fibre cathodes/ZJ Phis D Appl Phis -1983 -V 16 - P 455^163

16 Э ФЧайковский, В M Пузиков А В Семенов, Осаждение алмазных пленок in ионных пучков углерода //Кристаллография,том 26, вып 1, 1981

17 АН Лачинов, В М Корнилов, Т Г Загуренко, А Ю Жеребов К вопросу о высокой проводимости несопряженных полимеров ЖЭТФ, 2006, т 129, вып 4, стр 728-734

Юмагузин Юлай Мухаметович

ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ МИКРО- И НАНОСТРУКТУР В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 021319 от 05 01 99 г

Подписано в печать 26 06 2007 г Бумага офсетная Формат 60x84/16 Гарнитура Times Отпечатано на ризографе Уел печ л 2,07 Уч-изд л 2,49 Тираж 100 экз Заказ 376

Редакционно-издателъский центр Башкирского государственного университета 450074, Г Б, г Уфа, уч Фрунзе, 32

Отпечатано на множитепьном участке Башкирского государственного университета 450074, РБ, г Уфа ул Фрунзе. 32

введение.

глава i. распределение электронов по энергиям при полевой эмиссии.

Введение.

1.1. Энергетическое распределение электронов в модели свободных электронов.

1.1.1. Распределение по энергиям от нормальной составляющей скорости электронов.

1.1.2. Распределение по энергиям от поперечной составляющей скорости электронов.

1.1.3.Распределение электронов по полным энергиям.

1.2. Энергетическое распределение электронов при произвольном законе дисперсии в металле.

1.3. Связь распределения электронов по полным энергиям с характеристикой Фаулера-Нордгейма.

глава ii. угловое распределение эмитированных электронов.

Введение.

2.1. Проявление углового распределения в эмиссионной микроскопии.

2.2. Угловое распределение в электронных источниках.

2.3. Угловое распределение плотности эмиссионного тока.

2.4. Измерение углового распределения эмиссионного тока.

2.4.1. Основные предпосылки.

2.4.2. Распределение плотности тока за анодом.

2.4.3. Распределение полного тока.

2.4.4. Оценка возможных мешающих факторов.

2.4.5. Экспериментальные измерения углового распределения.

2.5. Возможности экспериментального метода исследований углового распределения электронов.

глава iii. анализаторы энергий для полевой электронной спектроскопии.

Введение.

3.1. Характеристики анализаторов электронов по энергиям.

3.2 Расчет траекторий электронов в цилиндрических линзах.

3.3 Анализатор энергий с задерживающим полем.

3.4. Дисперсионный анализатор электронов по энергиям.

3.5 Конструкции экспериментальных приборов.

3.6. Управляющий измерительно-вычислительный комплекс для полевой электронной спектроскопии.

3.7. Методика измерения энергетического распределения электронов.

глава iv. электронная спектроскопия с чистых поверхностей металла.

Введение.

4.1. Исследования термополевой электронной эмиссии.

4.2. Исследования фотополевой электронной эмиссии.

4.3. Энергетическое распределение при высоких плотностях тока.

4.3.1. Многочастичное туннелирование.

4.3.2. Исследования энергетического распределения электронов при высоких плотностях эмиссионного тока.

4.3.3. Сопоставление результатов эксперимента с различными теориями.

4.4. Взаимодействие электронов после эмиссии в вакууме.

4.4.1. Статистическое описание процесса полевой электронной эмиссии.

4.4.2. Расчетная модель взаимодействия электронов в потоке.

4.4.3 Расчет уравнений движения взаимодействующих электронов.

глава v. исследования энергетического распределения электронов из субмикрокристаллических металлов.

Введение.

5.1. Особенности структуры СМК металлов.

5.1.1. Микроструктура.

5.1.2. Атомная структура.

5.1.3. Двухфазная модель строения субмикрокристаллического металла.

5.1.4. Электронная структура.

5.2. Исследования энергетического распределения.

5.2.1. Подготовка образцов для исследований.

5.2.2. Распределения электронов по полным энергиям из СМК №.

5.2.3. Распределения электронов по полным энергиям из СМК

глава vi. электронная спектроскопия углеграфитовых наноструктур.

Введение.

6.1. Электрофизические свойства углеграфитовых материалов.

6.2. Внутреннее строение углеродного ПАН-волокна.

6.3. Изготовление углеграфитовых эмиттеров.

6.3.1. Способы крепления эмиттера.

6.4. Исследования углеграфитовых материалов.

6.4.1. Краткий обзор экспериментальных исследований.

6.4.2. Исследования энергетического распределения электронов из углеродного ПАН-волокна.

глава vii. электронная спектроскопия тонких углеродных пленок.

Введение.

7.1. Основные способы получения алмазоподобных покрытий.

7.2. Электрофизические свойства алмазоподобных пленок.

7.3. Эмиссионные характеристики образцов алмазных пленок.

7.4. Получение и исследование углеродных покрытий.

7.4.1. Плёнки, полученные методом парофазного осаждения.

7.4.2. Ионно-лучевая установка для нанесения углеродных покрытий.

7.4.3. Исследование углеродных покрытий, полученных методом ионно-лучевого осаждения.

7.4.4. Основные представления о процессе роста алмазной пленки.

7.5. Исследование полученных образцов.

7.5.1. Вольтамперные характеристики эмиссионного тока.

7.5.2. Энергетические распределения эмитированных электронов.

7.6. Физические модели полевой эмиссии вольфрамового острия с алмазоподобным покрытием.

7.7. Полевая эмиссия из тонкопленочных полимерных покрытий.

7.7.1. Способ приготовления образцов.

7.7.2. Электронная спектроскопия структуры металл-полимер-вакуум.

Одно из ведущих мест среди методов исследования твердых тел и их поверхности принадлежит методам электронной спектроскопии. Изучение электронных свойств микро- и наноструктур (сверхтонкие полупроводящие и диэлектрические пленки, нанотрубки, наноразмерные в объеме частицы) является важной, но чрезвычайно сложной задачей физической электроники, которая продиктована потребностями современных отраслей науки и техники таких, как микро- и наноэлектроника, квантовая электроника, кристаллография и многих других. Важное место среди характера электронных свойств материалов имеют энергетические спектры и угловые распределения эмитированных электронов из твердого тела при различных внешних воздействиях, которые содержат важную информацию об элементном составе, геометрическом строении, электронных свойствах и фононном спектре исследуемых объектов. Важнейшими среди всего многообразия электронных свойств материалов являются следующие: дисперсия электронов по энергиям, процессы локализации-делокализации электронов на поверхностных состояниях, транспортные явления. Все они находятся в тесной связи с химическим и фазовым составом, а также геометрической структурой твердых тел.

Среди множества экспериментальных методов, используемых для исследования электронных свойств твердых тел, особое место занимает полевая электронная спектроскопия - метод, отличающийся высокой информативностью и чувствительностью. Эти качества обусловлены самим явлением полевой эмиссии электронов - сохранением невозмущенного состояния электронов после туннелирования из твердого тела через барьер в вакуум. При этом сам метод позволяет рамках одного эксперимента одновременно производить измерение энергетического распределения электронов и наблюдать изображения эмитирующей 6 поверхности образца с высоким пространственным разрешением. Кроме этого, при снятии энергетического распределения электронов оказывается возможным зондирование эмитирующей поверхности в нанометровом масштабе.

Метод полевой электронной спектроскопии реализуется в сильных электрических полях. Вместе с тем вид кривой энергетического распределения электронов зависит от величины приложенного электрического поля, температуры образца, проводимости, плотности эмиссионного тока, внешнего излучения, состояния эмитирующей поверхности. От этих параметров может зависеть также и угловое распределение эмитированных электронов. Поэтому проведение электронной спектроскопии в сильном электрическом поле при изменении параметров образца и различных внешних воздействиях дает возможность получить информацию фундаментального характера об электронных свойствах образца и процессах, протекающих на его поверхности.

Особо актуальным для современной науки и техники является изучение закономерностей процесса эмиссии электронов из новых материалов, например, наноструктурированных металлов и углеродных материалов. Наиболее известными примерами таких материалов являются металлы подвергнутые интенсивной пластической деформации, алмазоподобные пленки, фуллерены, углеродные нанотрубки, полимерные пленки и углеродные волокна. Например, для алмазоподобных пленок до сих пор точно не установлен механизм переноса электронов через слабо проводящие алмазоподобные слои и их последующей эмиссии в вакуум. То же можно сказать и полимерных пленках. Уникальные физико-химические характеристики этих материалов делают их перспективными для создания точечных источников электронов для рентгеновских и электронно-зондовых устройств, сверхминиатюрных вакуумных ламп, плоских дисплеев и т.д. Вместе с тем, экспериментальных работ по 7 изучению электронных свойств указанных материалов методом полевой электронной спектроскопии чрезвычайно мало, а по некоторым и вовсе нет, потому проведение подобных исследований представляется актуальным.

Цель работы состояла в развитии методов эмиссионной электронной спектроскопии в сильных электрических полях и их использовании для исследования закономерностей полевой электронной эмиссии из микро- и наноструктурированных материалов различной природы.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: разработаны и изготовлены новые (на момент их создания) установки для исследования энергетического распределения электронов по энергиям в сильном электрическом поле и развита методика проведения таких исследований, обеспечивающие получение достоверных экспериментальных данных; изучено влияние условий осуществления полевой эмиссии (величины электрического поля, плотности эмиссионного тока, температуры и состояния эмитирующей поверхности) на энергетические распределения электронов; исследованы закономерности полевой электронной эмиссии из наноструктурированных и углеродных материалов, а также влияние структуры поверхности на эмиссионные свойства этих материалов; проверена адекватность известных физических моделей, позволяющих определить возможности практического использования полевых эмиттеров в различных электрофизических устройствах. Научная новизна работы.

1. Проведены детальные исследования закономерностей энергетического распределения электронов, эмитируемых из вольфрама при высоких плотностях эмиссионного тока. Предложен физический механизм, объясняющий возникновение низко- и высокоэнергетических «хвостов» в 8 кривых распределения и создана расчетная модель распределения электронов по полным энергиям при разных величинах плотности эмиссионного тока.

2. Предложен способ определения функции распределения электронов по поперечным составляющим импульса при выходе электрона из поверхности эмиттера в вакуум. Показана возможность адекватного определения закона дисперсии электронов в металлах с использованием распределения электронов по поперечным составляющим импульса и распределения электронов по полным энергиям с зондируемого участка поверхности эмиттера.

3. Экспериментально исследованы эмиссионные характеристики алмазоподобных пленок, впервые полученных ионно-лучевым осаждением на вольфрамовых остриях, и предложена феноменологическая модель эмиссии из структуры металл-алмазоподобная пленка.

4. Впервые исследованы эмиссионные свойства полимерной (полидифениленфталид) пленки в сильных электрических полях и определено эффективное значение электронной работы выхода системы металл-полимер, оказавшееся равным всего 0.4 эВ. Исследованы зависимости кривых энергетического распределения электронов из полимерной пленки, нанесенной на металлическую поверхность, от величины эмиссионного напряжения и доказано образование канала проводимости, индуцированного сильным электрическим полем. Научная и практическая ценность работы.

Разработано и создано несколько модификаций анализаторов энергии электронов и установок для реализации метода полевой электронной спектроскопии. Так, изготовленный дисперсионный анализатор энергий электронов позволял зондировать поверхность образца в нанометровом масштабе и получать, кроме распределения электронов по полным энергиям, также и распределения электронов по поперечным 9 составляющим скорости. Совокупность кривых распределения электронов по полным энергиям и распределения по поперечным составляющим скорости дает возможность определить закон дисперсии электронов в металлах.

Результаты проведенных экспериментальных исследований энергетического распределения электронов из вольфрама при высоких плотностях эмиссионного тока и расчетов, выполненных по предложенной модели, являются неотъемлемой частью разработки любых электронно-зондовых устройств с точечными полевыми эмиттерами.

Доказаны преимущества метода ионно-лучевого осаждения для получения тонких углеродных плёнок с алмазной структурой и малым содержанием примесей на поверхностях металлических острий. Предложенный метод является оптимальным для изготовления полевых эмиттеров с алмазоподобными покрытиями. Определены оптимальные с точки зрения стабильности и величины тока эмиссии характеристики алмазоподобных плёнок: толщина покрытия, энергия и доза осаждаемых частиц, рабочее напряжение. Развитая в работе методика полевой электронной спектроскопии из металлических острий, покрытых полупроводящей (алмазоподобной) плёнкой, может быть рекомендована для изучения эмиссионных свойств систем металл-полупроводник и металл-диэлектрик.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Результаты расчетов, конструкции анализаторов электронов по энергиям и комплексная измерительная установка для проведения электронной спектроскопии в сильных электрических полях с возможностью одновременного наблюдения эмитирующей поверхности в нанометровом масштабе.

10

2. Методика измерения распределения электронов по поперечным составляющим импульса при полевой эмиссии из атомарно-гладкой поверхности металла.

3. Протяженность и интенсивность высокоэнергетических «хвостов» экспериментального распределения электронов по полным энергиям из металла при высоких плотностях эмиссионного тока зависит только от величины плотности эмиссионного тока. Теоретическое обоснование механизма возникновения низко- и высокоэнергетических «хвостов» распределения электронов по энергиям и процедура расчета парного кулоновского взаимодействия электронов в вакууме, подтверждающие результаты экспериментальных исследований.

4. Наличие неравновесного нанокристаллического состояния металла приводит к качественному изменению кривой распределения по полным энергиям электронов при полевой эмиссии. Эмиссия электронов из областей, содержащих границы микрозерен, сопровождается появлением дополнительного пика на энергетическом распределении электронов ниже основного пика в окрестности уровня Ферми, соответствующего равновесному состоянию объема металла.

5. Технология осаждения тонких углеродных пленок на вольфрамовых остриях и результаты исследования закономерностей электронной эмиссии из системы металл-алмазоподобная пленка методом полевой электронной спектроскопии.

6. Совокупность результатов исследования эмиссионных характеристик системы металл-полимерная (полидефинелинфталид) тонкая пленка, показывающих аномальное низкое значение работы выхода (0,4 эВ) и образование канала проводимости, индуцированного внешним сильным электрическим полем.

11

Апробация работы. Основные результаты исследований, вошедших в диссертацию, были доложены и обсуждены на отечественных и международных симпозиумах, конференциях и школах: на XVII, XIX- XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Ленинград, 1978, 1990; Ташкент, 1984; Киев, 1987), на VIII Всесоюзной научно-технической конференции по электронной технике (Ленинград, 1981), на V Всесоюзном симпозиуме по не накаливаемым катодам (Томск, 1985), на Всесоюзной школе-семинаре по эмиссионным явлениям (Валдай, 1986), на XII - XIII Международном семинаре по физике поверхности (Вроцлав, ПНР, 1987, 1989), на XIII Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Сумы, 1987), на Межотраслевом совещании по полевой эмиссионной микроскопии (Харьков, 1989), на IV- V Международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Барнаул, 1998,2000), на Международном семинаре «Дислокации и механические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 1999), на III Международной конференции по оптике заряженных частиц (Тулуз, Франция, 1990), на Международной конференции по вакуумным источникам электронов (Эйндховен, Нидерланды, 1996), на Международном конгрессе по вакуумной микроэлектронике (С-Петербург, 1996), на Международных симпозиумах по полевой эмиссии (Осака, Япония, 1987; Руан, Франция, 1994; Москва, 1996; Питсбург, США, 2000; Берлин, Германия, 2001; Вена, Австрия, 2004), на V Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», (С-Петербург, 2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 37 работ в реферируемых научных журналах и кроме этого в сборниках тезисов докладов научных конференций и симпозиумов. Список основных публикаций по теме работы приведен в конце диссертации.

12

Личный вклад автора. В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных автором, начиная с 1978 года. Личный вклад автора в работах, опубликованных с соавторами, заключается: - в постановке задач, формулировке основных экспериментальных и теоретических методов их решения; в создании экспериментальной установки и проведении экспериментальных исследований; в анализе полученных экспериментальных результатов и их интерпретации; в разработке теоретических моделей исследуемых объектов.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Все главы имеют вводную часть, в которых сформулированы основные цели по данной главе. Общее заключение написано в конце диссертации. Там же приведен список публикаций автора и список цитируемой литературы из 311 наименований. Объем диссертации составляет 340 страниц.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бахтизин Р.З., Юмагузин Ю.М. Автофотоэлектронный умножитель в одноэлектронном режиме. // Электронная техника. Сер.4, № 3, 1980, с.17-20.

2. Бахтизин Р.З., Юмагузин Ю.М. Временные характеристики канального умножителя ВЭУ-6. // Приборы и техника эксперимента. № 1, 1982, с.145

3. Бахтизин Р.З., Юмагузин Ю.М. Полевая зависимость тока автофотоэлектронной эмиссии из вольфрама. // Поверхность. № 10, 1984, с.41-43.

4. Бахтизин Р.З., Юмагузин Ю.М. Анализатор энергетического спектра автоэлектронов. // Приборы и техника эксперимента. № 3, 1982, с.212-216.

5. Бахтизин Р.З., Лобанов В.М., Юмагузин Ю.М. Автоматизированная установка для снятия В АХ тока полевой электронной эмиссии. // Приборы и техника эксперимента. № 3, 1985г. с.211-212.

6. Бахтизин Р.З., Лобанов В.М., Юмагузин Ю.М. Автоматизированная установка для снятия ВАХ автоэмиссионных катодов. // Измерительная техника. №10, 1986, с.51-52.

7. Бахтизин Р.З., Юмагузин Ю.М. Исследование высокоэнергетического края распределения автоэлектронов по полным энергиям. // Поверхность. №7 1987, с.51-55.

8. Бахтизин Р.З., Лобанов В.М., Юмагузин Ю.М. Управляющий вычислительный комплекс для исследования энергетического распределения автоэлектронов. // Приборы и техника эксперимента. № 4, 1987, с.247-248.

9. Юмагузин Ю.М. Энергетическое распределение автоэлектронов из вольфрама при высоких плотностях тока. Автореф. диссертации к.ф.-м.н. Ленинград, 1988.

10. Бахтизин Р.З., Фурсей Г.Н., Птицын В.Э., Юмагузин Ю.М. Эмиссионные характеристики автокатодов с локализацией эмиссии в малых телесных углах. // Известия Академии наук СССР. № 7, Т.52, 1988, с,1250-1253.

11. Бахтизин Р.З., Юмагузин Ю.М High-Energy Tails in the Total Energy Distribution of Field Emitted Electrons from Tungsten. // Phys. Stat. Sol. B, 150, 103, 1988, p.103-108.

12. Бахтизин P.3., Месяц В.Г., Шкуратов С.И., Юмагузин Ю.М Peculiarities of field electron emission from high-temperature super-conductors. // Gournal de Physigue. T. 49 , G6, 1988, p.495-500.

13. Бахтизин P.3., Кучербаев Г., Лобанов В.М., Юмагузин Ю.М. Расчет траекторий электронов в электростатических линзах. // Радиотехника и электроника. № 7, 1988, с. 1556-1558.

319

14. Бахтизин Р.З., Месяц В.Г., Шкуратов С.И., Юмагузин Ю.М. Энергетические спектры автоэлектронов из высокотемпературных сверхпроводников. // Физика металлов и металловедение. Т. 67, № 3, 1989, с.610-611.

15. Гоц С.С., Бахтизин Р.З., Суворов A.JL, Юмагузин Ю.М., и др. Низкочастотные флуктуации автоэлектронного тока системы двуокись урана остаточные газы. // Поверхность. Физика, Химия, Механика. № 2, 1992, с. 87-92.

16. Бахтизин Р.З., Пшеничнюк С.А, Юмагузин Ю.М. Механизм роста и структура аморфных углеродных пленок, полученных методом химического парофазного осаждения. // Вестник БашГУ - Уфа, №3(1), 1998, с.12-14.

17. Зубаиров JI.P., Литвинов Е.А., Мулюков P.P., Юмагузин Ю.М. Исследование электронной структуры субмикрокристаллического никеля методом полевой электронной спектроскопии. Резонансные и нелинейные явления в конденсированных средах: Сб.статей в 3-х томах Т.1. // БашГУ -Уфа, 1999

18. Зубаиров Л.Р., Мусалимов Р.Ш., Мулюков P.P., Юмагузин Ю.М. Особенности полевой электронной эмиссии из субмикрокристаллического никеля. Сборник научных трудов. Екатеринбург // УрО РАН, 1999, с.278-285

19. Бахтизин Р.З, Пшеничнюк С.А, Юмагузин Ю.М. Рост алмазных кристаллитов при ионно-лучевом осаждении углеродных пленок. // Поверхность. Физика, Химия, Механика. № 10, 2000, с.9-12.

20. Бахтизин Р.З, Пшеничнюк С.А, Юмагузин Ю.М. Энергетическое распределение электронов, эмиттированных из алмазной пленки под действием сильного поля. // Письма в ЖТФ, т.25, вып. 15, 1999, с.46-52

21. Пшеничнюк С.А, Юмагузин Ю.М. Влияние тонкого алмазоподобного покрытия на эмиссионные характеристики вольфрамовых острий. // Письма в ЖТФ, т.26, вып.2, 2000,с.72-76.

22. Зубаиров Л.Р., Литвинов Е.А., Мулюков P.P., Юмагузин Ю.М. Влияние формирования субмикрокристаллической структуры на полевую электронную эмиссию никеля. // ДАН России, т.372, №3, 2000, с.319-321

23. Зубаиров Л.Р.,Литвинов Е.А, Ивченко В.А, Мулюков Р.Р, Юмагузин Ю.М. Полевая эмиссия из субмикрокристаллического вольфрама. // Письма в ЖЭТФ, т.72, вып.5, 2000, с.377-381

24. Бахтизин Р.З., Лобанов В.М., Юмагузин Ю.М. Эмиссионные свойства углеродного ПАН волокна. // Поверхность. Физика, Химия, Механика. № 8, 2000, с.53-58.

320

25. Пшеничнюк С. А, Юмагузин Ю.М. Химическая чистота алмазоподобных пленок, полученных методом ионно-лучевого осаждения. // ЖТФ, т.71, вып. 10, 2001 с.99-103.

26. Лобанов В.М., Юмагузин Ю.М. Термополевая перестройка углеродного кристаллита. // Письма в ЖТФ, т.28, вып.1, 2002, с.3-10

27. Mulyukov R.R., Litvinov Е.А., Yumaguzin Y.M. et all. Characteristics of Field Emission from Nanocrystalline Materials. // Physica B: Condensed Matter, Vol. 324, 2002, pp. 329-335.

28. Лобанов B.M., Юмагузин Ю.М. Эмиссионные свойства углеродного нанокристаллита. // ФТТ, т.44, вып.З, 2002, с.462-463

29. Pchenichnyk S.A., Yumaguzin Y.M. Field emission energy distribution of electrons from tungsten tip emitters coated with diamond-like film prepared by ion-beam deposition. // Diamond and Related Materials. 13, 2004, p. 125-132.

30. Lachinov A.N., Kornilov V.M., Yumaguzin Yu.M. Electron emission from polimer films under eiectric-field influence. // Journal of the SID, 12/2, 2004, p.149-151

31. Пшеничнюк C.A, Юмагузин Ю.М. Энергетические распределения электронов, эмитированных с поверхности вольфрамовых острий, покрытых алмазоподобными пленками. // ЖТФ, т.74, вып.5, 2004, с. 105112

32. Зубаиров Л.Р., Ивченко В.А., Мулюков P.P., Юмагузин Ю.М. Расшифровка сложных спектров электронов автоэмиссии для катодов с неоднородной работой выхода. // ЖТФ, т.74, вып.6, 2004, с.96-101

33. Мулюков P.P., Юмагузин Ю.М. Работа выхода электронов из нанокристаллического вольфрама. // ДАН России, т.399, №6, 2004, с.760-762

34. Ю.М.Юмагузин, В.М.Корнилов, А.Н.Лачинов. Энергетические распределения электронов в системе металл-полимер-вакуум. // ЖЭТФ, Т. 130, вып.2, 2006, с.303-308

35. Бахтизин Р.З., Лобанов В.М., Холин Н.А., Чубаров В.Т., Юмагузин Ю.М. Способ изготовления острийных автоэмиттеров и устройство для его осуществления. // А.С. № 1482468 от 22.01.89

36. Лачинов А. Н., Салазкин С.Н., Юмагузин Ю.М. Применение электроактивных полимеров класса полигетероариленов в качестве покрытий, обладающих повышенной эмиссионной способностью. // Патент РФ. №2237313, от 27.09.2004

37. Лачинов А. Н., Салазкин С.Н., Юмагузин Ю.М. Полевой эмиссионный катод и способы его изготовления. // Патент РФ. №2271053, от 27.02.2006

321

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе проведен подробный анализ распределений электронов по полным энергиям и по энергиям от составляющих скорости электрона при туннелировании, выражение для «поперечного» распределения получено впервые. Этот результат, в принципе, может являться началом развития новой экспериментальной методики - полевой эмиссионной спектроскопии с угловым разрешением. В работе рассчитаны соотношения для углового распределения и перевода его на распределение электронов по «поперечным» энергиям. Представлена экспериментальная модель и методика для измерения углового распределения электронов. Оценены вклады линзового эффекта, сферической аберрации, дифракции на угловое распределение и установлено, что эти вклады имеют меньшее влияние. Методика экспериментального измерения углового распределения с одновременной полевой электронной микроскопией и измерением распределения по полным энергиям, может дать более полную информацию об электронных свойствах образцов.

Главным элементом экспериментальной электронной спектроскопии, естественно, является анализатор энергий - его свойства, параметры. С целью создания полевого электронного спектрометра проведен анализ существующих конструкций анализаторов. Обращается внимание на то, что кроме основных параметров (разрешение, анализируемый энергетический диапазон, чувствительность, быстродействие) необходимо добавить также возможность изготовления элементов электродной системы и его сборка в обычных лабораторных условиях, простота юстировки при перемещении эмиттера и удобство работы с анализатором.

Рассчитанные и изготовленные по оптимально выбранным конструкциям экспериментальные приборы не уступают по своим параметрам известным современным полевым электронным спектрометрам. При разработке анализаторов освоенные методы расчета

306 электронных траекторий в электронно-оптической системе, что касается в большей степени анализатора с дисперсионным элементом, позволили лучше понимать работу анализатора и варьировать при необходимости его взаимозависимыми характеристиками такими, как, разрешение, полный анализируемый ток, энергетический и динамический диапазоны. Рассчитаны и реализованы оригинальные конструкции анализаторов электронов по энергиям с задерживающим полем и дисперсионным элементом.

Возможность совмещения двух экспериментальных методов в одном приборе, измерение распределения по полным энергиям и измерение углового распределения - «поперечного» энергетического распределения, является вообще уникальным.

Большое внимание в работе уделялось системе регистрации анализируемого тока в зонде, режимам работы детекторов и современным средствам программного измерения и обработки результатов с помощью персональных компьютеров. Поскольку работа выполнялась достаточно долго и поэтому охватила все типы ПК, начиная от «Электроника-60» и заканчивая сегодняшними более мощными персональными компьютерами. Создана экспериментальная установка и разработана методика измерения энергетического распределения электронов с помощью измерительно-вычислительного комплекса.

Результаты работ, посвященных исследованию энергетического распределения электронов при термо- и фотополевой электронной эмиссии могут дать информацию о взаимодействии возбужденных электронов с потенциальным барьером на поверхности металла в широком диапазоне энергий. Исследование энергетического распределения электронов также могут быть успешно использованы для изучения температурной зависимости работы выхода.

В данной работе экспериментально исследовано энергетическое

307 распределение электронов из вольфрама в кристаллографических направлениях {112}, {111}, {116} в высокоэнергетической области энергий при различных значениях эмиссионного напряжения. Проведен анализ экспериментально полученных результатов и установлено, что данные, аналогичные результатам экспериментальных работ других авторов [77, 82, 85], плохо согласуются с существующими теориями многочастичного туннелирования [76, 79] и теорией, связанной с конечностью времени жизни электрона [80]. Впервые обоснована необходимость учета статистического характера электронной эмиссии для объяснения экспериментально наблюдаемых отклонений энергетического распределения электронов в области низких и высоких энергий относительно уровня Ферми. Впервые проведен расчет парного взаимодействия электронов в вакууме. Результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными и позволяют удовлетворительно описать поведение энергетического распределения электронов как в области высоких, так и низких энергий и дают, тем самым, объяснение высоко- и низкоэнергетических "хвостов" функции распределения.

Принятое в исследовании представление об углеродном ПАН-волокне как об углеграфитовом материале, состоящее из аморфной и кристаллической фазы, позволяет распространить полученные результаты и на другие углеграфитовые материалы, такие как, стеклоуглерод, пироуглерод и другие. В частности, может быть обобщена модель полевой эмиссии электронов из кристаллита ПАН УВ-эмиттера, связывающая механизм проникновения электрического поля в его приповерхностную область с появлением аномально широкого энергетического распределения электронов с дополнительным максимумом.

Полученные результаты по термической зависимости плотности поверхностных электронных состояний позволяют объяснить более

308 широкую, по сравнению с металлами, форму спектров не только разогревом электронов проникающим полем, что находится в согласии с результатами других исследователей, но также и влиянием поверхностных электронных состояний, уменьшающих поток электронов, эмитирующих с энергиями вблизи уровня Ферми.

Ясно, что объяснения механизмов изучавшихся в работе явлений носят качественный характер. Для более детального описания этих явлений нужны дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования эмиссионных свойств углеграфитовых эмиттеров. В частности, необходимы детальные исследования по анализу распределения по энергиям при адсорбции-десорбции кислорода, при прогревах разной длительности и температуры, при низких температурах, сравнительные исследования поверхностной диффузии атомов углерода в обоих состояниях эмитирующего кристаллита, исследования по самопроизвольной и термополевой перестройке в полевом ионном микроскопе. Необходимо отметить, что обнаруженное явление термополевой перестройки углеграфитовых кристаллитов интересно и с практической точки зрения как их пластическое поведение при температурах ниже 1000 °С.

Одним из перспективных материалов в современной науке и технике является углеродосодержащие материалы (фуллерены, углеродные нанотрубки, алмазоподобные пленки, полимерные пленки). Перспективность их использования продиктована не только в эмиссионной электронике, но и во многих других областях электроники и т.д. В связи с этим, особо актуальным является экспериментальное исследование их электронных свойств.

Ниже перечислены задачи, решённые при выполнении данной работы для достижения поставленной цели. Основные из них сводятся к следующим:

309

1. При выполнении работы проведён обзор большого количества литературы, как монографий, так и статей российских и зарубежных авторов и исследовательских групп, посвящённых получению и исследованию алмазоподобных плёнок на различных подложках всевозможными методами. Особый интерес здесь представляют работы, связанные с полевой электронной эмиссией катодов, изготовленных на основе углеродных покрытий, поскольку эта область применения алмазных плёнок бурно развивается и требует обобщения накопленных экспериментальных данных. В диссертации приведено множество ссылок, полезных специалистам, занимающимся получением алмазных плёнок и исследованием их структуры, массового состава, электрических и оптических свойств.

2. Собраны установки для получения углеродных конденсатов методом химического парофазного осаждения с использованием высокочастотного безэлектродного тлеющего разряда и горячей нити для возбуждения плазмы рабочего газа над поверхностью подложки. Напылены покрытия на полупроводниковые, металлические и изолирующие поверхности. Исследованы структурные свойства плёнок методами сканирующей электронной микроскопии, электронной дифракции и рентгеноструктурного анализа. Получены данные по проводимости алмазоподобных плёнок на постоянном токе, их оптическим свойствам. Массовый состав образцов исследован с использованием метода вторично-ионной масс спектроскопии. Исследовано влияние условий осаждения (температуры нити накала, энергии разряда, рабочего давления, температуры подложки, степени остаточного вакуума и т.д.) на физические свойства получаемых плёнок. На основе накопленных экспериментальных данных выбран метод осаждения углеродных покрытий на полевые эмиттеры в виде очень тонких металлических острий.

310

3. Разработана и собрана экспериментальная установка для осаждения алмазоподобных плёнок методом ионно-лучевого осаждения. Этот этап включал в себя: a) сборку высоковакуумной установки, обеспечивающей давление остаточных газов не более 10"9 Topp при использовании средств безмаслянной откачки на основе магниторазрядного насоса ТРИОН НМТО-О.1-1. Предварительный вакуум в системе создавался турбомолекулярным насосом ВМН-150М, откачиваемым с помощью механического форвакуумного пластинчато-роторного насоса 2НВР-5ДМ. Установка также снабжалась системой прогрева с целью обезгаживания рабочей камеры при смене образца. b) разработку и изготовление источника положительных ионов углерода типа дуоплазмотрон с системой охлаждения разрядной камеры и напуска рабочего газа с использованием пьезокерамического натекателя. Весь узел собирался на отдельном фланце с целью присоединения к вакуумной системе. Конструкция катодного узла дуоплазмотрона предусматривала возможность замены накального катода и размещалась на отдельном разборном фланцевом соединении. c) изготовление электронно-оптической системы формирования пучка положительных ионов, включающей в себя вытягивающий электрод, электростатическую одиночную линзу, отклоняющую систему и систему замедления пучка ионов перед осаждением на подложку. d) Сборку столика для крепления подложек на отдельном фланце с резиновым уплотнением, дающим возможность осуществить быструю смену образца. Конструкция столика предусматривала крепление как плоских подложек из различных материалов, так и острий, с целью изготовления полевых эмиттеров на основе углеродных покрытий, а также прогрев образца и контроль его температуры с помощью встроенных нагревателя и температурного датчика сопротивления в случае плоских

311 подложек и путём пропускания тока через дужку в случае осаждения плёнки на остриё.

4. С помощью вышеописанной системы ионно-лучевого осаждения напылены углеродные покрытия на поверхности плоских подложек из различных материалов: вольфрам, стекло, монокристаллический кремний (100), керамика. Проведено детальное изучение структуры покрытий методом сканирующей электронной микроскопии. Методом вторично-ионной масс спектроскопии получены данные о химическом составе образцов. С учётом результатов, полученных на плоских подложках, выбраны оптимальные режимы нанесения алмазоподобных плёнок на автоэлектронные эмиттеры, в качестве которых использовались вольфрамовые острия, изготовленные из поликристаллической проволоки, с преимущественной (011) ориентацией зёрен, методом электрохимического травления в водном растворе щёлочи. Получены слои углерода на остриях с различной толщиной при выбранных значениях энергии падающих частиц, дозы и времени облучения.

5. Образцы эмиттеров с алмазоподобным покрытием исследованы на полевом эмиссионном спектрометре с учётом специфики автоэлектронной эмиссии систем металлическое остриё/полупроводниковая плёнка. Выяснен оптимальный метод предварительной формовки эмиттера с целью стабилизации его эмиссионных свойств. Использованы различные способы сравнения характеристик полевой эмиссии чистых вольфрамовых острий и после покрытия их углеродной плёнкой и выяснения роли полупроводящего алмазоподобного покрытия при «холодной» электронной эмиссии таких систем. Получены вольтамперные характеристики полного тока, а также с отдельных граней всей эмитирующей поверхности острия. Наибольший интерес представляют полученные в работе распределения электронов по энергиям, эмитированных поверхностью алмазной плёнки, снятые с использованием

312 высокоразрешающего дисперсионного анализатора и вторичного электронного умножителя, позволяющего регистрировать очень слабые токи. Исследованы также временные зависимости тока автоэлектронной эмиссии с целью исследования стабильности эмиссионных свойств полученных катодов и влияние температуры острия и освещения на ход ВАХ. Образцы покрытых алмазоподобной плёнкой катодов изучены с использованием метода полевой электронной микроскопии. Полученные данные дают возможность сделать некоторые заключения о структуре углеродного слоя на конце вольфрамового острия, а также об адсорбционной способности различных граней и процессах миграции атомов по поверхности острия. Наиболее интересные особенности эмиссионных изображений фиксировались с помощью видеосъёмки. Этот метод оказался полезным при оценке устойчивости алмазоподобного покрытия по отношению к бомбардировке ионами остаточных газов и их адсорбции на поверхности эмиттера, приводящей к изменению его эмиссионных характеристик.

6. Проведено обобщение накопленных экспериментальных результатов, выяснены некоторые общие закономерности процесса полевой эмиссии системы W остриё/алмазная плёнка. При интерпретации полученных данных обсуждены вопросы электронной структуры полученных слоёв: ширины запрещённой зоны, наличия поверхностных состояний, локальных уровней и зон дефектов в плёнках. Также обсуждены различные механизмы, сопровождающие процессы переноса электронов из вольфрамовой подложки через алмазную плёнку в вакуум. При этом учтены инжекция носителей в зону проводимости полупроводникового слоя, их рассеяние в плёнке и туннелирование в вакуум. Также учтена возможность изоэнергетического туннельного прохода электронов через тонкий слой и эмиссия из валентной зоны материала. Отмечены некоторые возможные механизмы переноса

313 электронов через слой углерода. Обращено внимание на наличие размерных эффектов, вплоть до квантовых, при использовании алмазоподобных слоев малых толщин. На основе этого намечены пути построения теории автоэлектронной эмиссии изученных систем с целью более глубокого осмысления экспериментальных данных. Наконец, обсуждены вопросы стабильности эмиссионных характеристик эмиттеров данного типа. Показано влияние покрытия на изменение работы выхода поверхности металла. Приведены некоторые замечания, касающиеся технического применения рассмотренных катодов, их изготовления, обработки и условиях функционирования.

В работе проведено изучение полевой эмиссии электронов из полимерной пленки, нанесенной на металлическую поверхность. Явление аномально высокой проводимости в тонких полимерных пленках это одно из немногих проявлений наноэлектронных свойств материалов, то есть электронных свойств, присущих только объектам пониженной размерности. Природа этого явления до сих пор не ясна, несмотря на относительно большой объем различных экспериментальных данных. В частности, не известны экспериментальные работы, из результатов которых можно было бы судить о характере распределения электронных состояний в полимерной пленке. В работе экспериментально изучалось энергетическое распределение эмитированных электронов и предложена физическая модель полевой эмиссии для структуры металл-полимер-вакуум. В качестве полимера был выбран полидифениленфталид (ПДФ) [304], в котором ранее изучался переход типа диэлектрик-металл, индуцированный различными внешними воздействиями [305]. В качестве подложки для полимера были использованы вольфрамовые острия.

По характеристикам Фаулера-Нордгейма для атомарно чистого вольфрамового острия и для острия с нанесенной на его поверхность полимерной плёнки, получено значение эффективной работы выхода для

314 полимерного покрытия равной 0,4 эВ. Анализ представленных зависимостей энергетического распределения эмитированных электронов показывает, что распределение для случая с полимером более широкое, смещено в сторону низких энергий и высокоэнергетический край немного растянут. Изучено влияние величины эмиссионного напряжения на вид энергетического распределения эмитированных электронов. В рамках феноменологической модели можно найти объяснение значительному уменьшению эффективной работы выхода при покрытии полимерной пленкой металлического электрода, и понять характер энергетического распределения эмитированных электронов с такой поверхности.

1. Бахтизин Р.З., Лобанов В.М., Юмагузин Ю.М. Автоматизация снятия ВАХ тока автоэлектронной эмиссии // Измерительная техника.-1985.-№12.- C.I4I-I45.

2. Бахтизин Р.З., Юмагузин Ю.М. Исследование высокоэнергетического края распределения автоэлектронов по полным энергиям // Поверхность. 1987. - №7. - С. 51-55.

3. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Лаповок В.И. Физические явления в уль традисперсных средах // М.: Наука. 1984. - С. 224.

4. Birringer R. and Gleiter Н. Nanocrystalline Materials / In: Encyclopedia of Materials. Sci. and Eng. Suppl., ed. R.W. Cahn // Pergamon Press.1988.-Vol. l.-P. 339-351.

5. Гусев А.И. Эффекты нанокристаллического состояния в компактных металлах и соединениях // УФН. 1998. - т. 168. - № 1. - С. 55-83.

6. Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов // М.: Металлургия. 1984. - С. 280.329

7. Кайбышев О.А., Валиев Р.З. Границы зёрен и свойства металлов // М.: Металлургия. 1987. - С. 214.

8. Valiev R.Z., Musalimov R.Sh. High-Resolution Transmission Electron Microscopy of Nanocrystalline Materials // The Physics of Metals and Metallography. 1994. - Vol. 78. - No. 6. - P. 666-670.

9. Herr U., Jing J., Birringer R. et al. Investigation of nanocrystalline iron materials by Mossbauer spectroscopy// Appl. Phys. Lett. -1987. -Vol. 50. -No 8.- P. 472.

10. V.N. Kaigorodov and S.M. Klotsman Investigation of nanometer-sized-polycrystalline palladium by emissive nuclear-7-ray resonance spectroscopy // Phys. Rev. B. 1992. - Vol. 46. - No. 10. - P. 5928-5932.

11. Valiev R.Z., Vishnyakov Ya.D., Mulyukov R.R. and Fainstrein G.S. On the Decrease of Gurie Temperature in Submicron-Grained Nickel // Phys. Stat. Sol.(a). 1990. - 117. - P. 549-553.

12. R.Z. Valiev, R.R. Mulyukov, V.V. Ovchinnikov Direction of a grain boundary phase in submicrometre grained iron // Philosophical Magazine Letters. 1990. - Vol. 62. - No. 4. - P. 253-256.

13. Валиев P.3., Герцман В.Ю. Кристаллографический анализ границ зёрен в практике электронной микроскопии // М.: Наука. 1991. - С. 232.

14. Орлов А.Н., Перевезенцев В.Н., Рыбин В.В. Границы зёрен в металлах // М.: Металлургия. 1980. - С. 156.

15. Косевич В.М., Иевлич В.М., Палатник Л.С, Федоренко И.А.332

16. Т.Г.Загуренко, В.М.Корнилов, А.Н. Лачинов. Влияние неравновесной микроструктуры меди на электрофизические свойства системы металл-полимер-металл // ФММ. 2002. - т. 94. -№ 6. - С. 26-33.

17. Као К., Хуанг В. Перенос электронов в твёрдых телах // М.: Мир. -1984. т. 1. - С. 350.333

18. Смирнова H.A., Левит В.И., Пилюгин В.П. и др. Особенности низкотемпературной кристаллизации никеля и меди // ФММ. 1986. -т. 62. - вып. 3. - С. 566-570.

19. Бриджмен П.В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва // М.: Иностранная литература. 1955. - С. 444.

20. Балкарей Ю.И., Сандомирский В.Б. Эффекты проникновения внешнего электрического поля в полуметаллы и металлы // ЖЭТФ. -1968. т. 54. вып. 3. - С. 808-817.

21. Dresselhaus, G. Dresselhaus, К. Sugihara, I.L. Spain, H.A. Goldberg. Graphite Fibers and Filaments. Springer-Verland Berlin Heidelberg, 1988.335

22. Бондаренко Б.В., Раевский В.Ю., Шешин Е.П. Автоэлектронная эмиссия углеродных волокон. // Тез. докл. IV Всесоюзный симпозиум по ненакаливаемым катодам.- Томск, 1980.- С.47-48.

23. Фистуль В.И. Введение в физику полупроводников.- М.: Высш. школа, 1984,- С.203.

24. C.A.Hewett, J.R.Zeidler//Diamond and Related Materials, 1, 1992,p.688.2 40. P.R.Chalker et. al. //Diamond and Related Materials, 2, 1993, p.l 100.

25. А.Н.Лачинов, В.М.КорниловТ.Г.Загуренко, А.Ю.Жеребов. ЖЭТФ, 2006, т. 129, вып. 4, стр. 728-734.