Эмиссионные свойства автокатодов на основе углеродных наноструктурированных материалов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский физико-технический институт (государственный университет)

ЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОКАТОДОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

На правах рукописи УДК 537.533.2

БОРМАШОВ ВИТАЛИЙ СЕРГЕЕВИЧ

Научный руководитель д.ф.-м.н., проф. Шешин Е.П.

Долгопрудный - 2006

Работа выполнена в ГОУ В ПО «Московский физико-технический институт (государственный университет)».

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Шешин Евгений Павлович.

Официальные оппоненты: доеторфизикондатематмческихиаук,

профессор Образцов Александр Николаевич, зав. лаб. МГУ им. М.В. Ломоносова

Защита диссертации состоится «22.» 200 & года в/& часов

на заседании Диссертационного совета К 212.156.01 при Московском физико-техническом институте по адресу: 117393, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32, корпус В-2.

Отзывы направлять по адресу: 141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., д.9, МФТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ.

Автореферат разослан » Bo-nS^-"- 200&. года.

Ученый секретарь

кандидат физико-математических наук,

Пименов Сергей Максимович,

зав. лаб. ИОФ РАН им. A.M. Прохорова

Ведущая организация: Московский государственный институт

радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)

Н.П. Чубинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Разнообразные наноструктурированные углеродные материалы были открыты сравнительно недавно и представляют собой аллотропные формы углерода, для которых хотя бы один из линейных размеров составляет несколько нанометров. Уникальные механические свойства, высокая стабильность, химическая инертность, необычные электронные и оптические свойства подобных материалов представляют значительный практический интерес. В настоящее время большое внимание привлекают исследования авто электронной эмиссии из углеродных наноматериалов, отличительной особенностью которых является аномально низкое значение напряжения, требуемое для возникновения заметных эмиссионных токов. Автоэмиссионные катоды (АЭК) на основе подобных материалов получили широкое распространение: были разработаны и созданы катодные узлы и электронные пушки для различных приборов электронной техники.

В последнее время одним из перспективных направлений развития свв-тоиэлучающих приборов является разработка плоских источников света и дисплейных экранов. Их главное отличие от традиционных вакуумных ламп -это большие линейные размеры катодной и анодной пластик, на порядок превосходящие расстояние анод-катод. Автокатоды для таких приборов должны обладать рядом специфических свойств: оптимальная структура поверхности, которая обеспечивает значительное усиление электрического поля; низкая работа выходов электронов; совместимость с технологией производства вакуумных приборов; равномерное распределение эмиссионных центров на поверхности автокатодов. Кроме этого, технология изготовления автокатода должна предполагать возможность получения АЭК большой площади вплоть до сотен квадратных сантиметров.

Несмотря на то, что многие углеродные материалы хорошо подходят на роль АЭК, на сегодняшний день задача по разработке технологии изготовления подобного плоского автокатода еще не решена. Существующие в настоящее время пленарные АЭК на основе углеродных наноструктур обладают рядом недостатков: невысокая равномерность углеродного слоя, низкое зкаче-

3

нив форм-фактора, неоднородность и нестабильность эмиссионного тока, невысокая долговечность при работе в техническом вакууме.

Преодолеть указанные проблемы можно, лишь выявив особенности поведения и недостатки существующих типов автокатодов из углеродных наноструктур« рованных материалов. Данная информация позволит определить и предложить методы улучшения эффективности, повышения равномерности эмиссии и увеличения их характерного срока службы, а также сформулировать требования для поиска новых перспективных материалов для АЭК. Цель работы: Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей автоэлектронной эмиссии и построение комплексной модели деградации планарных автокатодов из углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума.

Таким образом, перед работой были поставлены следующие задачи:

1. Обзор литературных данных по углеродным наноматериалам, используемым в автоэлектронной эмиссии, и сравнительный анализ их эмиссионных характеристик.

2. Разработка универсальной программы и методики испытаний планарных автокатодов на'основе углеродных канострукгурированных материале». Аппаратная и программная реализация разработанного алгоритма сбора и обработки экспериментальных данных.

3. Разработка комплексной методики исследования физико-химических свойств поверхности с.ломощью сканирующей зондовой и электронной микроскопии.

4. Разработка методик экспресс-испытаний приборов с автокатодами на основе углеродных наноматериалов.

5. Исследование особенностей автоэлекгронной эмиссии и разработка физической модели, описывающей функционирование автокатода в условиях технического вакуума.

6. Поиск новых углеродных наноструктурированных материалов для эффективных автокатодов. Разработка методов оптимизации эмиссионных свойств планарных автокатодов.

7. Изучение возможных областей применения АЭК из углеродных наноматериалов и разработка прототипов приборов на их основе.

.-.-:... 4

Научная новизна:

• В диссертации впервые предложена комплексная теоретическая модель, описывающая процессы деградации автокатодов на основе углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума.

• Впервые формализована программа и методика испытаний АЭК на основе углеродных наноматериалов, позволяющая унифицировать процесс исследования и сравнения результатов для АЭК различного типа.

• Предложена новая методика комплексного исследования физико-химических свойств поверхности автокатодов из углеродных наноматериалов, ответственных за эмиссионные свойства. Для этого построена физическая модель движения зонда силового микроскопа вблизи изучаемой поверхности, обеспечивающая количественный анализ силовых изображений в динамических методах зондовой микроскопии.

• Предложены и апробированы новые методы экспресс-испытаний АЭК на основе углеродных наноматериалов для исследования их срока службы.

• Впервые предложено использовать в качестве материала для автокатода углерод-азотные нановолокна, синтезированные в камере высокого давления. Экспериментально установлено, что автоэмиссионные катоды на основе данного композита являются перспективными для использования в приборах вакуумной электроники.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1 Предложены две новые методики экспресс-испытаний автокатодов для исследования их срока службы. Показаны применимость и преимущества данных методов для исследования приборов с АЭК на основе углеродных наноматериалов.

2 Установлено, что для АЭК из углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума характерно наличие двух ярко выраженных участков деградации. Первый из них обусловлен изменением работы выхода катода, а второй - уменьшением общего числа эмиссионных центров.

3 Построена комплексная количественная модель, описывающая физические особенности автоэлектронной эмиссии АЭК на основе углерод-

5

пых наноструктурированных материалов в условиях технического вакуума.

4 Предложена физическая модель, описывающая движения зонда сканирующего силового микроскопа вблизи изучаемой поверхности для количественного анализа силовых изображений в резонансных методах исследования. Показано, что использование данной модели позволяет осуществлять количественную интерпретацию экспериментальных изображений при исследовании поверхности автокатодов из углеродных наноматериапов.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов при разработке приборов эмиссионной электроники. Представляется возможным изготовление функциональных устройств, использующих в качестве источника электронов АЭК из углеродных наноструктурированных материалов таких, как плоские источники света, матричные дисплейные экраны и электронные пушки для различных приборов.

Предложенная и апробированная комплексная модель деградации автокатодов на основе углеродных наноструктур в условиях технического вакуума, учитывающая влияние процессов адсорбции и десорбции молекул остаточных газов, ионной бомбардировки и пондеромоторных сил, может быть использована для прогнозирования срока службы подобного рода устройств.

Разработанная универсальная программа и методика испытаний автокатодов на основе углеродных наноматериапов позволяет сравнивать' катоды, сильно различающиеся по своим свойствам, подбирать оптимальные условия работы для конкретного типа АЭК и прогнозировать его срок службы.

Знание особенностей поведения автокатодов из наноматериалов в условиях технического вакуума позволяет определить наиболее оптимальный подход при улучшении существующих или разработке новых АЭК. Проведенные исследования показали перспективность использования углерод-азотных (СЫ) нановолокон, синтезируемых в аппарате высокого давления, в качестве сырья для изготовления автокатодов. Результаты разработки АЭК на основе СЫ нановолокон применены при изготовлении прототипа матричного дисплея и плоского источника света.

Внедрение результатов работы. Научные подходы и научные результаты диссертации могут быть использованы в ведущих российских научных организациях, занимающихся теоретическими и экспериментальными работами в области вакуумной и автоэмиссионной электроники ИРЭ РАН, НИИ Платан, НИИФП, ИОФАН, НИИ Волга, НИИ Исток.

Апробация работы. В основе диссертации лежат результаты, опубликованные в 10 печатных источниках, 1 патентной заявке и 30 докладах (тезисах докладов) научных конференций. Основные результаты диссертации обсуждались на следующих конференциях:

• 15th International Vacuum Microelectronics Conference & International Reíd Emission Symposium (Международная Конференция по Вакуумной Микроэлектронике совмещённая с Международным симпозиумом по автоэмиссии), Лион, Франция, 7-11 июля 2002 г.

• 4* International Vacuum Electron Sources Conference (Международная конференция no вакуумным источникам электронов), Саратов, Россия, 15-19 июля 2002 г.

• 1-ой и 2-ой Международных конференциях «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 17-19 октября 2002 г., 15-17 октября 2003 г.

• 12® International Symposium on Intercalation Compounds (Международный симпозиум по имгеркалироеанным компаундам), Познан, Польша, 1-5 июня 2003 г.

• 16s1 International Vacuum Microelectronics Conference (Международная Конференция по Вакуумной Микроэлектронике), Осака, Япония, 7-11 июля 2003 г.

• VIII и IX International Conference "Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomateri а1з"(8-эя и 9-ая Международная конференция "Водородное материаловедение и химия углеродных материале»"), Судак, Крым, Украина, 14-20 сентября 2003 г., 5-11 сентября 2005 г.

• 1-ой международной научно-практической конференции "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments" Москва, 14-15 ноября 2003 г^. ..

• 49th International Field Emission Symposium (Международный симпозиум по автоэмиссии), Грац, Австрия, 2004 г

• XIV-om и XV-ом межнациональных совещаниях «Радиационная физика твердого тела», Севастополь, 5-10 июня 2004 г., 4-9 июля 2005 г.

• международной конференции «Orrro-, наноэлектроника. нанотехнологии и микросхемы», Владимир, 27-30 июня 2005 г.

• XLV-ой — XUX-ой Научных конференциях МФТИ «Современные проблемы фундаментальной и прикладной физики и математики», Москва-Долгопрудный: МФТИ. 2002-2006 гг.

• 19s1 International Vacuum Nanoelectronics Conference and 50th International Field Emission Symposium {Международная Конференция по Вакуумной Нанозлектронике совмещённая с Международным симпозиумом по автоэмиссии), Гуилин, Китай, 17-20 июля, 2006 г.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из 5-х глав, введения, заключения и списка литературы; изложена на 165 листах машинописного текста, содержит 107 рисунков и 9 таблиц; список литературы включает 170 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава включает в себя обзор текущего состояния вопроса по исследованию особенностей автоэлектронной эмиссии из накоуглеродных материалов, а также методик их изготовления. В ней более четко ограничен класс рассматриваемых объектов, которые далее в работе подразумеваются лсд названием углеродные нанострукгурированные материалы.

Анализ литературы показал, что существующие попытки объяснить наблюдаемые экспериментальные данные по автоэлектронной эмиссии из углеродных наноструктурированных материалов в рамках существующей теории Фаулера-НордгеЙма путем одной лишь модификации ее параметров явного успеха не имеют. Очевидно, что наиболее адекватное теоретическое объяснения автоэлектронной эмиссии из наноугперодных материалов должно исходить из первых принципов. Наиболее полная теория должна учесть возмож-

ность электронной и дырочной проводимости, с учетом их эффективных масс и дисперсионных зависимостей. Кроме того, должны быть учтены поверхностные состояния и сингулярности в плотности состояний нанотрубок как систем пониженной размерности. Комплекс сформулированных проблем является на данный момент весьма сложной теоретической задачей, решение которой также осложнено недостаточностью фактической информации об электронной структуре углеродных наноматериалов.

В данной главе также показано, что, несмотря на внушительное количество экспериментальных данных, в настоящее время вопрос о стабильности эмиссионного тока АЭК из различных углеродных наноматериалов остается открытым. Остается неясным, в каких условиях, и какие именно факторы определяют стабильность работы того или иного катода. Изучение стабильности эмиттеров и определение влияющих на нее факторов необходимы для определения оптимальных режимов работы АЭК. Вопрос о явлениях, сопутствующих автоэлектронной эмиссии, представляет значительный интерес, как с фундаментальной точки зрения, так и с прикладной. На сегодняшний день этот круг вопросов еще явно плохо изучен.

Как известно, в последнее время ведутся интенсивные разработки плоских источников света и дисплейных экранов. Для таких приборов необходимы плоские автокатоды с большой площадью рабочей поверхности (от нескольких десятков кв. см до нескольких сотен кв. см). В конце первой главы приведен анализ литературы по нескольким направлениям, связанным с разработкой и изготовлением пленарных АЭК большой площади на основе углеродных наноматериалов. Из проведённого обзора литературы следует, что на сегодняшний день задача создания новых типов АЭК не потеряла своей актуальности.

Вторая глава посвящена описанию различных существующих методик проведения испытаний АЭК, показаны их недостатки и предложена универсальная программа и методика испытаний (ПМИ) автокатодов на основе углеродных наноструктурированных материалов.

В работе показано, что для АЭК из углеродных материалов вольт-

амперные характеристики (ВАХ) оказываются чувствительны к неидеально-

стям экспериментального оборудования. В рамках работы было изучено влия-

9

ние таких факторов, как дискретность аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), используемых для управления экспериментом через ЭВМ, цифровой шум АЦП, неидеальносги контактов и токовые утечки между катодом и анодом. Показано, что недостатки измерительного стенда могут существенно искажать вид ВАХи, что в последующем может привести к некорректному вычислению параметров автокатода, используя математический аппарат теории Фаулера-Нордгейма. В свою очередь неверная оценка этих параметров может привести к неправильному определению причин деградации АЭК

В главе также предлагаются две методики изучения долговременной стабильности эмиссионного тока автокатода на основе углеродных наномате-риалов, позволяющие предсказывать его поведение на длительное время. Первая методика основана на периодическом измерений вольт-амперных характеристик автокатода в течение всего времени работы. При этом каждая характеристика представляется а координатах Фаулера-Нордгейма и приближается прямой вида \nijU2 = А + В/и для нахождения коэффициентов А и В. В течение работы на-катод оказывает воздействие ряд физических факторов, вызывающих его деградацию. Под их влиянием параметры прибора некоторым образом меняются. Данные изменения и фиксируются, как зависимость параметров А и в во времени. Экстраполируя полученные зависимости на * времена большие времени измерения, можно предсказать поведение АЭК в любом интересующем нас промежутке времени при произвольной передаточной характеристике цепи обратной связи схемы стабилизации эмиссионного тока.

Автором была произведена апробация данной методики испытаний. В качестве испытуемого использовался катод на основе углеродных нанотрубок. Общее время испытаний ооставило примерно 600 часов. В течение всего эксперимента катод работал в режиме постоянного тока (100 мкА), каждые 30 минут производилось измерение ВАХ прибора. Для проверки корректности предсказания поведения катода при том же режиме работы на большие времена из наработки была «вырезана» начальная часть длительностью 100 часов и, используя предложенную методику, было вычислено поведение катода в течение последующих 500 часов.'

На рисунке ¿ приведены результаты прогнозирования при использовании двух различных аппроксимирующих функций, в первом случае зависимости коэффициентов А и В были приближены линейными функциями. Во втором случае было сделано предположение о механизме деградации АЭК за счет линейного уменьшения форм-фактора его поверхности. Из рисунка видно, что вторая кривая находится в хорошем согласии с экспериментальной зависимостью, в то время как первая существенно отклоняется от нее. Следовательно, для корректного использования предложенной методики необходимо сначала выявить основные механизмы деградации испытуемого АЭК.

Однако срок службы катода можно спрогнозировать также, если известно характерное время жизни одиночного эмиссионного центра. В основе данного метода лежит предположение о том, что эмиссионный ток квантуется. В рамках данной модели можно уточнить понятие эмиссионный центр — это некоторая область эмиссии, дающая минимальный вклад е общий ток катода. Пусть f-ый эмиссионный центр обладает током Al /¡(í), где функция /¡(f)

отвечает за временную зависимость тока центра от времени! Тогда если в Данный момент времени существует N центров, то общий ток с катода будет

'(0=Л'-1?К0 П)

i

Формулу (1) можно упростить в случае, когда время жизни центра много больше характерного времени перехода системы а новое состояние. При этом общий ток с катода будет l(t) = N(t)At. Предпопожим, что в течение некоторого промежутка времени количество центров N в среднем остается постоя в-

Врпин, часы

Рис. 1, Прогнозирование работы катода. Показаны дае расчетные кривые, которые соответствуют различным аппроксимациям зависимостей коэффициентов Див: (— Л «14-0.005f И В--20~0.01t,

II— A = tn(e-lOs-800f} и В = 4 «'•/(г-«3-^

ным, т.е. его изменения AN « N. Тогда если мы будем измерять ток за это время и далее его усреднять, то в рамках нашей модели Т-ЙДУ. а о/ = -Умд/. Отсюда легко получить формулу для числа центров:

:: 40- . -

Таким образом, используя эту методику, можно вычислить зависимость количества эмиссионных центров во времени и из нее оценить время жизни катода. В работе показано, что предложенная методика хорошо подходит при исследований долговременной стабильности автокатсдов на основе углеродных нанострукгурированных материалов.

В конце данной главы предлагается универсальный алгоритм проведения автоэмиссионных испытаний и предварительного анализа экспериментальных данных. Данная методика позволяет получать максимально полную информацию об исследуемом объекте. Предложенный алгоритм может служить первым приближением при стандартизации и формализации процесса испытаний автокатсдов. Для его реализации был разработан специализированный испытательный стенд и программное обеспечение, позволяющее полностью автоматизировать процесс испытаний. Кроме того, автором были подобраны основные показатели, которые дают всю необходимую информацию для харакгеризации и сравнения автокатодов из углеродных наноматериалов.

В третье главе рассмотрены и доработаны основные методы сканирующей эондовой микроскопии (СЗМ), которые могут, бьггь использованы для исследования поверхности автокатодов на основе углеродных наноматериалов: - измерение топографии, исследование. распределения работы, выхода электрона, оценка сил адгезии и т.д.

Для описания рельефа поверхности АЭК в работе предлагается использовать параметр К определяемый в соответствии с

• ' ' -ЩЬ., ; (3>

где ¿-длина исследуемого интервала, /(х) — высота, измеренного в СЗМ профиля поверхности. Данный параметр характеризует поверхность, катода, в

12

целом и позволяет судить не только о виде его 5АХ, но и объяснить нестабильность эмиссионного тока, неравномерность распределения эмиссионных центров, обусловленную динамикой статистического ансамбля нано- и микро-вьклупов на его поверхности. Особенность предложенного метода заключается в том, что при сканировании топографии поверхности в СЗМ мы получаем не реальный профиль поверхности, а некоторую сглаженную кривую, которую при корректном выборе радиуса зонда можно рассматривать, как линию постоянного поля у поверхности исследуемого катода.

В целях уменьшения воздействия средства измерения (зонда) на исследуемый объект в работе предлагается проводить измерение топографии в динамическом режиме, который основан на регистрации параметров колеблющегося кантилевера вблизи поверхности образца. Несмотря на широкое распространение динамических методов в СЗМ, детального понимания наблюдаемого в эксперименте поведения зонда в зависимости от свойств по* верхности до сих пор еще не существует. Это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, геометрические и массовые характеристики самого кантилевера оказывают существенное влияние на его поведение. То есть точное уравнение движения должно зависеть не только от вида потенциала взаимодействия зонд-образец, но и от параметров кантилевера. Существующие на сегодняшний день упрощенные модели описывают лишь некоторые частные случаи геометрии кантилевера. Во-вторых, даже при этих упрощениях уравнение движения зонда нелинейно и редко имеет решение в аналитическом виде. На практике исследователи очень част сталкиваются с такими нелинейными эффектами, как гистерезис, наличие нескольких устойчивых состояний, хаотическое движение зонда. Все это приводит к трудностям в интерпретаций экспериментальных СЗМ изображений.

В работе предлагается физическая, а на ее основе и численная модель движения зонда силового микроскопа вблизи исследуемой поверхности. Выявление особенностей поведения зонда в зависимости от вида силового взаимодействия и параметров колебательной системы, позволило разработать методику для выбора оптимальных условий проведения измерений топо-. графии автокатодов и осуществления количественной интерпретации результатов. Данная методика основана на измерений многомерных спектроскопи-

13 Д.

ческих кривых, представляющих зависимость амплитуды, сдвига фазы колебаний зонда от частоты возбуждающего сигнала, расстояния образец-зонд и амплитуды раскачки. Оказывается, что на таких зависимостях выделяются характерные, области, отвечающие различным режимам колебаний, при которых проявляется преобладающая роль ограниченного числа из множества внешних факторов действующих на зонд.

Так, например, было обнаружено существование двух характерных областей (доменов): отталкивания «притяжения. Первая область характеризуется преобладанием сил отталкивания, действующих на зонд, и она отвечает случаю наличия упругого отталкивания между зондом и образцом. Вторая область характеризуется преобладанием сил притяжения, при' этом зонд чувствует поверхность за счет сил адгезионного или капиллярного взаимодействия. Разделение двух доменов притяжения и отталкивания на практике отчетливо проявляет») на двумерной спектроскопической карте зависимости сдвига фазы колебаний от расстояния зонд-образеци частоты возбуждающего сигнала, на которой первой области отвечает сдвиг-фазы больше я/2, а второй — меньше тс/2. ИстюЛьз ;данную карту, можно подобрать такие параметры

возбуждения и выбрать корректную высоту сканирования, чтобы работать в режиме притяжения для минимизации воздействия зонда на образец.

В четвертой главе приведены экспериментальные результаты по изучению механизмов деградации автокатодов на основе углеродных нанотру-бок. в частности, влияние процессов адсорбции-десорбции и поверхностной миграции остаточных газов; ионной бомбардировки и пондеромоторных сил.

Многочисленные эмиссионные испытания отпаянных приборов с АЭК на основе утеродных нанотрубок и нановолокон, показали, что в течение работы существует два характерных резко отличающихся друг от друга участка деградации (см. рисунок 2). Для первого, более быстрого, участка характерно резкое изменение параметров катода. Второй же участок деградации описывается медленно меняющейся, практически линейной, функцией во времени. Такое поведение было типичным для каждого опыта, независимо от того, работал ли данный катод до этого или нет, то есть его нельзя было связать с процессом тренировки.

« ОТ 90

Время, минуты

Рнс.2. Долговременная наработка автокатода из углеродны* нэнэтрубок. Уровень эмиссионного тока -70 мкА.

Как видно из графиков на рисунке 2, для получения одного и того же эмиссионного тока в момент включения требуется существенно меньшее напряжение, чем через несколько минут работы. При этом такое поведение повторяется с каждым циклом включения-выключения прибора. После более детальной обработки результатов эксперимента был обнаружен еще более примечательный факт если вырезать участки хранения катода и склеить оставшиеся части наработки, то можно проследить наличие некоторой долговременной тенденции деградации прибора. При этом после включения присутствуют какие-то переходные процессы выхода на эту зависимость.

На основе анализа тенденций изменения ВАХ автокатода в ходе эксперимента было сделано предположение, что первый участок деградации прибора связан с процессами физической и химической адсорбции (десорбции) молекул остаточных газов на поверхности катода. Данное предположение также основывается на многочисленных работах, в которых исследовалось влияние газового состава среды на работу выхода электрона и, соответственно, на эмиссионные свойства углеродных нанотрубок.

Второй участок деградации характеризуется более медленным изменением характеристик автокатода. Предположительно, данный участок обусловлен изменением площади эмитирующей поверхности или числом эмиссионных центров. Число эмиссионных центров может изменяться в ходу работы автокатсда по разным причинам. К примеру, из-за наличия пондеромоторных нагрузок центр может быть вытянутым на поверхность и дать вклад в общий ток эмиссии, но после некоторого времени эти же нагрузки могут полностью оторвать его, тем самым уменьшив общее число центров. Кроме того, число центров может уменьшиться благодаря ионной бомбардировке.

Для количественного описания переходного процесса на долговременной наработке автокатода на основе углеродных нанострукгурированных материалов была предложена следующая модель. Исходя из вида зависимости потенциальной энергии газовых частиц при адсорбции на поверхность тепа, можно разбить задачу о росте пленки адсорбата на две части. Введем понятия степени покрытия поверхности физадсорбироваиными ©1 и хемосорбиро-ва иными ©2 частицами, при этом общая степень покрытия О есть просто их сумма. Используя результаты работ по изучению энергетики процессов адсорбции и тепловой десорбции на поверхности твердого тела, а также учитывая вероятность перехода из одного адсорбированного состояния, (физад-сорбция) в другое (хемосорбция), динамика изменения степени покрытия поверхности ДЭК молекулами остаточных газов в условиях технического вакуума при наличии ионной бомбардировки может быть записана в виде

■ <4)

где К»к ~ коэффициент аккомодации, Оа — энергия связи в хемосорбированном состоянии, Цп - энергия связи в физадсорбированном состоянии, Оа - энергия активации при переходе частицы из физадсорбированного состояния в хемо-сорбированное, т0 = Ь/кТ- период тепловых колебаний молекулы, /-плотность ионного тока, 1>% и Рг - эффективные коэффициенты распыления адсорбата из состояний физической и химической адсорбции, соответственно, N0—количество молекул в монослое.

Основываясь на работах, посвященных исследованию адсорбции актив* ных (щелочных и редкоземельных),металлов на поверхности металлических АЭК, можно ожидать, что к существенному изменению работы выхода приведет осаждение лишь первых нескольких монослоев адатомов. В работе для определения зависимости работы выхода электронов от степени покрытия использовалось следующее выражение

ф{0) = (<р0 - фт1п ) + . (5)

где срп - работа выхода электрона для чистого графита, фтщ - минимальное значение работы выхода электрона при выходе на плато, е0к- оптимальная степень покрытия.

Используя литературные данные по изучению влияния газового состава среды на свойства одиночной углеродной нанотрубки, было проведено численное моделирование в соответствии с выражениями (4) и (5). Результаты моделирования были сопоставлены с данными эксперимента (см. рисунок 3). Из графиков видно, что предложенная модель процессов адсорбции-десорбции остаточных газов на поверхности автокатода на основе углеродных наноструктурированных материалов корректно описывает переходный участок на долговременной наработке.

Для описания второго участка деградации на долговременной наработке была разработана физическая модель, которая учитывала возможность отрыва отдельных эмиссионных центров (наночастиц) от подложки под действием подеромоторных нагрузок. Рассматривая массив вертикально ориентированных и упорядоченных в сотовую структуру углеродных наночастиц, были получены выражения для оценки величины поедеромоторных сил Ге при типичных условиях автоэмиссионных испытаний. Ограничившись рассмотрением лишь сил Ван-дер-Ваальса, также было получено выражение для оценки ад-гезинного взаимодействия Я/ между наночастицой и подложкой. Считая, что процесс отрывания наночастиц от подложки имеет случайный характер со специальной функцией распределения вероятности р(Ре,Ру), была получена

Рис.3. Изменение работы выхода электронов автокагтода из углеродных нэнвтрубок для двух режимов: сплошная линия-результаты моделирования; точки - экспериментальные значения.

система нелинейных уравнений, которая определяет поведение автокатода при некоторой схеме управления

ЛГ) = Л/м[1-р{Ре(Е),Ру)^ 2 1

(в)

а к

I

где М, - количество эмиссионных центров, Е - величина макроскопического поля в зазоре анод-катод, /с - полный автоэмиссионный ток с катода, с/ - диаметр одной наночастицы, а т - некий модельный параметр.

Используя систему (6), был осуществлен численный расчет изменения рабочего напряжения на АЭК из углеродных нанотрубок при поддержании постоянного уровня эмиссионного тока. Результаты моделирования были сопоставлены с данными эксперимента (см. рисунок 4). Из рисунка видно, что предложенная модель довольно точно описывает медленный участок деградации на долговременной наработке АЭК.

Пятая глава посвящена исследованию особенностей автоэлектронной эмиссии из аэотосодержащих углеродных нановопокон. Как известно, в настоящее время ведется поиск альтернативных материалов для аетокатодов, из которых наибольший интерес представляют аэотосодержащие углеродные наноструктуры. Применение СЫ материалов в АЭК является весьма перспективным в связи с тем, что при замещении атомов углерода атомами азота в графеноеых слоях возникают дефекты структуры, облегчающие эмиссию электронов при приложении электрического поля.

Из обзора существующих на сегодняшний день работ следует, что максимальная концентрация азота в углеродных нановолокнах не превышает

Время, часы

Рис,^. Бед долговременной наработки автокатода из углеродных нанотрубок. Серой сплошной линией показана зависимость, рассчитанная с использованием разработанной модели.

5%. При такой концентрации азота, плотность дефектов структуры 8 графено-вых слоях не велика и не может привести к сильному искажению электронной плотности и, соответственно, существенному повышению эффективности эмиссии. В главе предложен новый метод синтеза СМ наноматериала в аппарате высокого давления. Показано, что концентрация азота в углеродных на-новолокнах, полученных данным методом может достигать вплоть до 15%.

Исследования СМ нановолокон в растровом электронном и сканирующем эондовом микроскопах показали, что большая часть волокон имеет весьма изрезанные границы, что может служить подтверждением возникновения дефектов структуры при внедрении атомов азота в стенки. Кроме того, было найдено, что СЫ нановолокна обладают пониженной работой выхода электрона по сравнению с поверхностью чистого углерода (ниже на 0,5-0,7 эВ). Исследования упругих свойств подобных нановолокон в эондовом микроскопе дало оценку эффективного модуля Юнга одиночного волокна примерно 1-2 ТПа. Данное значение при большой длине СЫ нановолокна (вплоть до сотни микрометров) позволяет заключить, что при типичных условиях автоэмиссионных испытаний подобные волокна могут ориентироваться вдоль силовых линий электрического поля, что приводит к дополнительному увеличению эффективности эмиссии.

В виду новизны материала автором был проведен поиск и апробация методов для получения АЭК на основе угперод-азотных материалов с целью достижения оптимальных эмиссионных характеристик. Были рассмотрены три основных метода изготовления автокатодов: трафаретная печать пасты из углерод-азотного порошка, осаждение в рабочей камере СМ нановолокон на подложку в ходе процесса синтеза, каталитический рост СИ материала непосредственно на подложке. Наиболее важными критериями отбора методов являлись: однородность покрытия и адгезия углерод-азотного материала к поверхности катодной подложки. В работе показано, что наилучшими характеристиками обладают АЭК, изготовленные методом трафаретной печати. Используя методы визуального контроля, электронной и зондовой микроскопии было найдены оптимальные условия изготовпения пасты из СЫ нановолокон.

Как показывают проведенные исследования, макроскопическое пороговое попе включения (плотность тока 10 мкА/см2) автокатодов на основе СМ

19

нановолокон составляет 1.2 —1,ЗВ/мкм. Для получения плотности эмиссионного тока 1 мА/см2 требуется электрическое попе 2,3 — 2,4 В/мкм. Полученные результаты показывают, что углерод-азотные нановолокна являются очень эффективными эмиттерами с пороговой напряженностью электрического поля существенно меньшей, чем у АЭК на основе многослойных углеродных нанот-рубок и других известных углерод-азотных наноматериалов, для которых среднее значение порогового поля колеблется в диапазоне 3-4 В/мкм. В работе были изготовлены прототипы приборов вакуумной электроники на основе СМ нановолокон: светоизлучающие индикаторы для отображения статической информации и дисплейный экран низкого разрешения.

Основные результаты работы:

1. Создан автоматизированный стенд для измерения эмиссионных характеристик АЭК, который в совокупности со специальной программой и методикой испытаний позволяет унифицировать процесс исследования и получить максимально полную информацию об испытываемом автокатоде.

2. Проведен анализ искажений ВАХ автокатодов, которые могут быть вызваны недостатками измерительного оборудования. Предложен аппаратно-программный комплекс для их обнаружения, учета и компенсации.

3. Экспериментально установлено, что для АЭК из углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума характерно наличие двух ярко выраженных участков деградации. Первый из них обусловлен изменением работы выхода катода, а второй — уменьшением общего числа эмиссионных центров.

4. Экспериментально обнаружено влияние предыстории автокатода на основе углеродных наноструктур (условия работы, время хранения) в отпаянном приборе на его эмиссионные характеристики. Для описания данного явления предложена количественная модель, описывающая физические процессы на поверхности ппанарных АЭК из углеродных наноструктур в условиях технического вакуума. Полученные результаты моделирования хороню согласуются с экспериментальными данными.

5. Получено выражение для оценки средней величины электростатических сил действующих на массив вертикально ориентированных нанотрубок.

Предложена количественная модель, описывающая долговременную деградацию АЭК из углеродных наноматериапов из-за уменьшения общего числа эмитирующих центров под действием ионной бомбардировки и пондеромоторных сил.

6. Предложена методика исследования физико-химических свойств поверхности АЭК из углеродных наноматериапов с помощью зондовой микроскопии. Для этого построена физическая модель движения зонда силового микроскопа вблизи изучаемой поверхности, обеспечивающая количественный анализ силовых изображений в динамических методах СЗМ.

7. Предложено и опробовано использование CN наноструктур, полученных в камере высокого давления, в качестве материала автокатода. Показано, что АЭК на основе подобных нановолокон являются перспективными для использования в приборах вакуумной электроники, например, свето-иэлучающих индикаторов и матричных дисплеях.

8. Разработаны методики экспресс-испытаний АЭК из углеродных нанома* териалов. Показано, что, пользуясь данными методами, можно спрогно-1 зировать поведение и оценить срок службы автокатода без использования прямых длительных измерений.

Основные материалы диссертации содержатся в следующих работах:

1. Bormashov V.S., Nikolski K.N., Baturin AS., Sheshin E.P. Prediction of field emitter cathode lifetime based on measurement of l-V curves // Applied Surface Science, 2003, V. 215, P. 178-184.

2. Бормашов B.C., Чесов Р.Г., Батурин AC., Никольский КН., Князев А.И., Шешин Е.П. Срок службы автокатодов на основе углеродных нанотрубок // Нано- и микросистемная техника, 2003, №5, С. 26-29.

3. Bormashov V.S., Sherstnev P.V., Baturin AS., Nikolski K.N., Sheshin E.P. Investigation of local work function distribution of field emission cathode from carbon materials doped by Ba with the help of AFM/SEM/X-гау U Journal of Physics and Chemistry of Solids Vol. 65, Issues 2-3, March 2004, P. 159-163.

4. Бормашов B.C., Чёсов Р.Г., Батурин A.C., Никольский K.H., Шешин Е.П. Деградация автокатода из углеродных нанотрубок под действием ионной бомбардировки // Труды V научной школы молодых специалистов *Кон-

центрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине". Под ред. проф. Б.С. Исшханова и проф. Л.С. Новикова. М.:МГУ. 2004,140с. ISBN 5-88800-244-0, с. 33-37.

5. Бормашов B.C., Шешин Е.П. Модификация поверхности автоэмиссионного катода на основе углеродных материалов при бомбардировке ионами средних энергий // Международная конференция «Устойчивость и процессы управления», сборник трудов, том 1, с. 83-95, под ред. Д.А. Овсянникова, Л.А. Петросяна, ISBN 5-9651-0088-4.

6. Bormashov V.S., Tchesov RG„ Baturin A.S., Sheshin E.P. The influence of the ion bombardment on the current stability of field emission cathodes of carbon nanotubes It Nuclear Inst. And Methods in Physics Research A, Vol. 558, Issue 1. March 2006. P. 256-259.

7. Бормашов B.C., Лешуков М.Ю., Шешин Е.П. Модификация автокатода на основе углеродных нанотрубок под действием ионной бомбардировки Н Труды XV международного совещания «Радиационная физика твердого тела». Под ред. эаспуж. деят. науки РФ, проф. Бондаренко Г.Г. М., НИИ ПМТ МГИЭМ (ТУ), 2005, 583с. ISBN 5-89671-004-4, с.205-210.

8. Бормашов В.С., Батог Г.С., Батурин А.С., Шешин Е.П. Расчет толщин и упругих свойств тонкопленочных покрытий на основании данных атомно-силовой акустической микроскопии // Журнал технической физики, том 76, вып. 8,2006,0.123-128.

9. Bormashov V.S., Sheshin Е.Р. Physical Processes on the Surface of Field Emission Cathodes Based on Carbon Nanostmcturai Materials // NATO Security through Science Series A: Chemistry and Biology. Special Issue. Edited by; T.N. Veziroglu; S.Y. Zaginaichenko; D.V.1 Schun B. Baranowski; A.P. Shpak; V.V. Skorokhod; A. Kale. 2006, XV,' 799 p., Springer Science, ISBN-10:1-4020-5513-7, P. 249-255.

10. Бормашов B.C., Лешуков М.Ю., Шешин Е.П., Бланк В.Д., Буга С.Г., Вагтов Д.8., Альшевский Ю.Л. Новый метод изготовления авгокатсдов из угпе-род-азотных нановолокон // Нано- и микросистемная техника, №3, 2007, принята в печать.

■ jt-ri 22

Бормаиюв Виталий Сергеевич

Эмиссионные свойства авто катодов на основе углеродных наноструктурированных материалов

Автореферат

Подписано в печать 22.11.2008 Формат 00x84 1/16. Усл. леч. я. 1,25 Тираж 80 экз. Заказ № ass

Московский фиэмю-твхничестй институт

(государственный университет) Печать на аппаратуре Copy Printer 1280 НИЧМФТИ

141700, Московская область, Долгопрудный, Институтский пер., 9

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Пленарные автокатоды на основе углеродных наноструктурированных материалов. Обзор современного состояния.

1.1. Наноструктурированные углеродные материалы.

1.2. Методы синтеза углеродных наноструктур.

1.2.1. Термическое разложение графита в дуговом разряде.

1.2.2. Химическое осаждение из газовой фазы.

1.2.3. Метод лазерного испарения.

1.3. Автоэлектронная эмиссия из углеродных наноструктур.

1.4. Особенности работы автокатодов из углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума.

1.5. Анализ современного состояния планарных автокатодов большой площади.

ГЛАВА 2. Методы и техника эксперимента.

2.1. Особенности измерения и анализа вольт-амперных характеристик.

2.1.1. Применение теории Фаулера-Нордгейма для многоэмиттерных систем.

2.1.2. Способы измерения вольт-амперных характеристик и их особенности.

2.1.3. Корректный метод численного анализа вольт-амперных характеристик.

2.2. Методы проведения долговременных автоэмиссионных испытаний и анализа экспериментальных данных.

2.2.1. Анализ динамики изменения ВАХ.

2.2.2. Оценка числа эмиссионных центров из анализа флуктуаций автоэмиссионного тока.

2.3. Оценка равномерности эмиссии с поверхности автокатода.

2.4. Разработанный алгоритм сбора и предварительной обработки экспериментальных данных.

2.5. Измерительный стенд.

2.6. Конструкция пробников для испытаний.

2.7. Показатели эффективности автокатодов.

ГЛАВА 3. Использование методов зондовой микроскопии для исследования физико-химических свойств поверхности автокатодов.

3.1. Обзор основных методов СЗМ, применяемых для исследования физико-химических свойств поверхности автокатодов.

3.1.1. Исследование топографии поверхности автокатода.

3.1.2. Исследование распределения работы выхода электрона по поверхности автокатода.

3.1.3. Исследование упругих свойств нанообъектов.

3.2. Численное моделирование работы СЗМ в динамическом режиме.

3.2.1. Трудности количественной интерпретации данных, полученных с помощью динамических методов СЗМ.

3.2.2. Численное моделирование движения кантилевера.

3.2.3. Параметры разработанной модели.

3.2.4. Апробация разработанной модели.

3.3. Методика исследования поверхности автокатода.

ГЛАВА 4. Особенности автоэлектронной эмиссии из углеродных наноструктурированных материалов.

4.1. Механизмы деградации автокатодов из углеродных наноматериалов.

4.2. Переходные процессы при включении-выключении автокатода.

4.2.1. Предлагаемая модель процессов адсорбции-десорбции газов на поверхности автокатода из углеродных нанотрубок.

4.2.2. Результаты экспериментов. Проверка корректности разработанной модели.

4.3. Долговременный участок деградации автокатодов.

4.3.1. Модель долговременного участка деградации автокатода.

4.3.2. Апробация разработанной модели.

ГЛАВА 5. Перспективы использования углерод-азотных нановолокон в качестве материала для автокатодов.

5.1. Углерод-азотные нановолокона. Синтез и основные характеристики.

5.2. Методы изготовления автокатодов на основе углерод-азотных нановолокон.

5.2.1. Метод трафаретной печати.

5.2.2. Осаждение на графитовую подложку.

5.2.3. Рост на графитовой подложке.

5.3. Эмиссионные свойства автокатодов из углерод-азотных нановолокон

5.3.1. Автокатоды, полученные методом печати.

5.3.2. Автокатоды, полученные осаждением углерод-азотных нановолокон на подложку.

5.3.3. Автокатоды, полученные путем катализаторного роста углерод-азотных нановолокон на подложке.

5.4. Примеры практического использования автокатодов из углерод-азотных наноматериалов.

5.4.1. Статические индикаторы.

5.4.2. Дисплеи низкого разрешения.

Актуальность темы

Разнообразные наноструктурированные углеродные материалы были открыты сравнительно недавно [1, 2] и представляют собой аллотропные формы углерода, для которых хотя бы один из линейных размеров составляет несколько нанометров. Уникальные механические свойства, высокая стабильность и химическая инертность, необычные электронные и оптические свойства нано-углеродных материалов представляют не только фундаментальный научный, но и значительный практический интерес, особенно в сфере нанотехнологии. В последнее время пристальное внимание привлекают к себе исследования автоэлектронной эмиссии из углеродных наноматериалов, отличительной особенностью которых является аномально низкое значение напряжения, требуемое для возникновения заметных эмиссионных токов [3, 4]. Автоэмиссионные катоды (АЭК) на их основе получили широкое распространение [5, 6, 7], были разработаны и созданы катодные узлы и электронные пушки для различных приборов электронной техники [8, 9, 10].

В настоящее время одним из перспективных направлений развития светоизлучающих приборов является разработка плоских источников света и дисплейных экранов [11]. Их главное отличие от традиционных вакуумных ламп -большие линейные размеры катодной и анодной пластин, на порядок превосходящие расстояние анод-катод. Автокатоды для таких приборов должны обладать рядом специфических свойств: оптимальная структура поверхности, которая обеспечивает значительное усиление электрического поля, низкая работа выходов электронов, совместимость с технологией производства вакуумных приборов [12], равномерное распределение эмиссионных центров на поверхности автокатодов. Кроме этого, технология изготовления автокатода должна предполагать возможность получения АЭК различной площади от нескольких квадратных миллиметров до десятков или даже сотен квадратных сантиметров.

Несмотря на то, что многие углеродные материалы хорошо подходят на роль АЭК, на сегодняшний день задача по разработке технологии изготовления подобного плоского автокатода еще не решена. В настоящее время планарные автокатоды, полученные на основе углеродных наноструктур, не лишены некоторых недостатков, таких как: низкая равномерность углеродного слоя, низкое значение форм-фактора, неоднородность и нестабильность эмиссионного тока, невысокая долговечность при работе в техническом вакууме.

Существуют две существенно разные причины деградации катода [13]. Первая из них это ухудшение эмиссионных свойств одиночного эмиссионного центра. Обычно это происходит из-за изменения геометрии (формы) центра, например, увеличения его радиуса. Вторая причина деградации катода это уменьшение общего числа эмиссионных центров. Число центров может изменяться во времени по разным причинам. К примеру, из-за наличия пондеромоторных нагрузок центр может быть вытянутым на поверхность и дать вклад в общий ток эмиссии, но после некоторого времени эти же нагрузки могут полностью оторвать его, тем самым, уменьшив общее число центров. Кроме того, число центров может уменьшиться благодаря ионной бомбардировке.

Также в течение работы автокатода может изменяться и работа выхода электрона. Как показывают современные исследования, различные компоненты газовой среды, в которую помещен АЭК из углеродных наноматериалов, могут оказывать специфическое воздействие на его эмиссионные свойства. Таким образом, в техническом вакууме (давление 10"5-10"6 Торр), благодаря ионной бомбардировке, существует возможность адсорбции-десорбции молекул остаточных газов, что может так же оказать влияние на работу автокатода.

Исходя из всего вышесказанного, становится понятным, что в реальном отпаянном приборе в условиях технического вакуума характеристики автокатода уже не совпадают с измеренными в лабораторных условиях. Другим не менее важным недостатком является возможность изменить свои параметры в ходе работы, к примеру, после длительной паузы в работе прибора. Понятно, что такое поведение автокатодов ограничивает область их применения. Поэтому умение корректно оценить характер и степень воздействия внешних условий на работу автоэмиссионного катода является новым актуальным шагом в развитии вакуумной электроники.

В настоящее время, несмотря на внушительное количество экспериментальных данных, вопрос о стабильности эмиссионного тока АЭК из различных наноуглеродных материалов остается открытым. Остается неясным, в каких условиях, и какие именно факторы определяют стабильность работы того или иного катода. Из-за большого количества факторов и их сложного влияния на процесс автоэлектронной эмиссии окончательной модели, описывающей деградацию автокатода на основе углеродных наноструктурированных материалов в условиях технического вакуума, нет.

Цель работы: Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей автоэлектронной эмиссии и построение комплексной модели деградации планарных автокатодов из углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума. Лишь зная особенности поведения и недостатки существующих типов АЭК из углеродных наноструктурированных материалов, возможно предложить методы улучшения эффективности, повышения равномерности эмиссии и увеличения их характерного срока службы, а также сформулировать требования для поиска новых перспективных наноматериалов на роль автокатодов. Для проведения комплексных исследований физико-химических свойств поверхности автокатодов из углеродных наноструктурированных материалов требуется наряду со стандартными методиками исследований, которые дают лишь макроскопическое описание, разработать и привлекать методы зондовой микроскопии, которые позволяют получать информацию на микромасштабе.

Таким образом, перед работой были поставлены следующие задачи:

1. Обзор литературных данных по углеродным наноматериалам, используемым в автоэлектронной эмиссии, и сравнительный анализ их эмиссионных характеристик.

2. Разработка универсальной программы и методики испытаний планарных автокатодов на основе углеродных наноструктурированных материалов. Аппаратная и программная реализация разработанного алгоритма сбора и обработки экспериментальных данных.

3. Разработка комплексной методики исследования физико-химических свойств поверхности с помощью сканирующей зондовой и электронной микроскопии.

4. Разработка методик экспресс-испытаний приборов с автокатодами на основе углеродных наноматериалов.

5. Исследование особенностей автоэлектронной эмиссии и разработка физической модели, описывающей функционирование автокатода в условиях технического вакуума.

6. Поиск новых углеродных наноматериалов для эффективных автокатодов. Разработка методов оптимизации эмиссионных свойств планарных автокатодов.

7. Изучение возможных областей применения АЭК из углеродных наноматериалов и разработка прототипов приборов на их основе.

Научная новизна: В диссертации впервые предложена комплексная теоретическая модель, описывающая процессы деградации автокатодов на основе углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума. Также впервые формализована программа и методика испытаний АЭК на основе углеродных наноматериалов, позволяющая унифицировать процесс исследования и сравнения результатов для катодов различного типа. Предложена новая методика комплексного исследования физических свойств поверхности автокатодов из углеродных наноматериалов, ответственных за эмиссионные свойства. Для этого построена физическая модель движения зонда силового микроскопа вблизи изучаемой поверхности, обеспечивающая количественный анализ силовых изображений в динамических методах зондовой микроскопии. Предложены и апробированы новые методы экспресс-испытаний автокатодов на основе углеродных наноматериалов для исследования их срока службы. Впервые предложено использовать в качестве материала для автокатода углерод-азотные нановолокна, синтезированные в камере высокого давления. Экспериментально установлено, что АЭК на основе данного композита являются перспективными для использования в приборах вакуумной электроники. Предложены конструктивные схемы и разработаны прототипы индикаторов и экрана низкого разрешения на основе автокатодов из углеродных наноматериалов.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Предложены две новые методики экспресс-испытаний автокатодов для исследования их срока службы. Показаны применимость и преимущества данных методов для исследования приборов с АЭК на основе углеродных наноматериалов.

2. Установлено, что для АЭК из углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума характерно наличие двух ярко выраженных участков деградации. Первый из них обусловлен изменением работы выхода катода, а второй - уменьшением общего числа эмиссионных центров.

3. Построена комплексная количественная модель, описывающая физические особенности автоэлектронной эмиссии АЭК на основе углеродных наноструктурированных материалов в условиях технического вакуума.

4. Предложена физическая модель, описывающая движения зонда сканирующего силового микроскопа вблизи изучаемой поверхности для количественного анализа силовых изображений в резонансных методах исследования. Показано, что использование данной модели позволяет осуществлять количественную интерпретацию экспериментальных изображений при исследовании поверхности автокатодов из углеродных наноматериалов.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов при разработке приборов эмиссионной электроники. Представляется возможным изготовление функциональных устройств, использующих в качестве источника электронов АЭК из углеродных наноструктурированных материалов таких, как плоские источники света, матричные дисплейные экраны и электронные пушки для различных приборов.

Разработанная универсальная программа и методика испытаний автокатодов на основе углеродных наноматериалов позволяет сравнивать катоды, сильно различающиеся по своим свойствам, подбирать оптимальные условия работы для конкретного типа АЭК и прогнозировать его срок службы.

Предложенная и апробированная комплексная модель деградации автокатодов на основе углеродных наноструктур в условиях технического вакуума, учитывающая влияние процессов адсорбции и десорбции молекул остаточных газов, ионной бомбардировки и пондеромоторных сил, может быть использована для прогнозирования срока подобного рода устройств.

Знание особенностей поведения автокатодов из наноматериалов в условиях технического вакуума позволяет определить наиболее оптимальный подход при улучшении существующих или разработке новых АЭК. Проведенные исследования показали перспективность использования углерод-азотных (CN) нановолокон, синтезируемых в аппарате высокого давления, в качестве сырья для изготовления автокатодов. Результаты разработки АЭК на основе CN нановолокон применены при изготовлении прототипа матричного дисплея и плоского источника света.

Внедрение результатов работы: научные подходы и научные результаты диссертации могут быть использованы в ведущих российских научных организациях, занимающихся теоретическими и экспериментальными работами в области вакуумной и автоэмиссионной электроникой ИРЭ РАН, НИИ Платан, НИИФП, ИОФАН, НИИ Волга, НИИ Исток.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:

• 15th International Vacuum Microelectronics Conference & International Field Emission Symposium (Международная Конференция по Вакуумной Микроэлектронике совмещённая с Международным симпозиумом по автоэмиссии), Лион, Франция, 7-11 июля 2002 г.

• 4th International Vacuum Electron Sources Conference (Международная конференция no вакуумным источникам электронов), Саратов, Россия, 15-19 июля 2002 г.

• 1-ой и 2-ой Международных конференциях «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 17-19 октября 2002 г., 15-17 октября 2003 г.

• 12th International Symposium on Intercalation Compounds (Международный симпозиум по интеркалированным компаундам), Познан, Польша, 1-5 июня 2003 г.

• 16th International Vacuum Microelectronics Conference (Международная Конференция по Вакуумной Микроэлектронике), Осака, Япония, 7-11 июля 2003 г.

• VIII и IX International Conference "Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials"(8^ и 9-ая Международная конференция "Водородное материаловедение и химия углеродных материалов"), Судак, Крым, Украина, 14-20 сентября 2003 г., 5-11 сентября 2005 г.

• 1-ой международной научно-практической конференции "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments" Москва, 14-15 ноября 2003 г.

• 49th International Field Emission Symposium (Международный симпозиум по автоэмиссии), Грац, Австрия, 2004 г.

• 8lh International Computational Accelerator Physics (), Санкт-Петербург, 2004 г.

• XIV-ом и XV-ом межнациональных совещаниях «Радиационная физика твердого тела», Севастополь, 5-10 июня 2004 г., 4-9 июля 2005 г.

• международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросхемы», Владимир, 27-30 июня 2005 г.

• XLV-ой — XLVIII-ой Научных конференциях МФТИ «Современные проблемы фундаментальной и прикладной физики и математики», Москва-Долгопрудный: МФТИ. 2002-2005 гг.

• 19th International Vacuum Nanoelectronics Conference and 50lh International Field Emission Symposium (Международная Конференция по Вакуумной Наноэлектронике совмещённая с Международным симпозиумом по автоэмиссии), Гуилин, Китай, 17-20 июля, 2006 г.

Публикации. Основные результаты исследований, проведенных соискателем и представленных в диссертации, изложены в 10 печатных источниках, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе.

В результате проведенных исследований был подан совместный патент РФ (регистрационный номер 2006137712, дата приоритета 26.10.2006).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы (из 170 наименований). Диссертация изложена на 165 листах машинописного текста, из которых 146 составляет основной текст работы, включает 107 рисунков и 9 таблиц.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Создан автоматизированный стенд для измерения автоэмиссионных характеристик, который в совокупности со специальной программой и методикой испытаний позволяет унифицировать процесс исследования и получить максимально полную информацию об испытываемом автокатоде.

2. Исследовано влияние неидеальностей измерительного оборудования на возникновение искажений экспериментальных вольт-амперных характеристик автокатодов. Предложен аппаратно-программный комплекс для их обнаружения, учета и компенсации.

3. Экспериментально установлено, что для автокатодов из углеродных наноматериалов в условиях технического вакуума характерно наличие двух ярко выраженных участков деградации. Первый из них обусловлен изменением работы выхода катода, а второй - уменьшением общего числа эмиссионных центров.

4. Экспериментально обнаружено влияние предыстории автокатода на основе углеродных наноструктур (условия работы, время хранения) в отпаянном приборе на его эмиссионные характеристики. Для описания данного явления предложена комплексная количественная модель, описывающая физические процессы на поверхности планарных автокатодов из углеродных наноструктур в условиях технического вакуума. Полученные результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными.

5. Получено выражение для оценки средней величины пондеромоторных сил действующих на массив вертикально ориентированных нанотрубок. Показано, что в обычных автоэмиссионных условиях процесс разрыва нанотрубки маловероятен, однако при плохой адгезии наноматериал может отрываться от подложки под действием электростатических сил. Предложена модель, описывающая долговременную деградацию автокатода в связи с уменьшением общего числа эмитирующих центров под действием ионной бомбардировки и пондеромоторных сил.

6. Предложена методика исследования физических свойств поверхности автокатода из углеродных наноматериалов. Для этого построена физическая модель движения зонда силового микроскопа вблизи изучаемой поверхности, обеспечивающая количественный анализ силовых изображений в динамических методах зондовой микроскопии.

7. Предложено и опробовано использование углерод-азотных наноструктур, полученных в камере высокого давления, в качестве материала автокатода.

Показано, что автоэмиссионные катоды на основе данного композита являются перспективными для использования в приборах вакуумной электроники, например, светоизлучающих индикаторов и матричных дисплеях.

8. Разработаны методики экспресс-испытаний автокатодов из углеродных наноматериалов. Показано, что, пользуясь данными методами, можно спрогнозировать поведение и оценить срок службы автокатода без использования прямых длительных измерений.

9. Предложены конструктивные схемы и разработаны прототипы индикаторов и экрана низкого разрешения на основе автокатодов из углеродных наноматериалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Kroto H.W., Heath J.R., O'Brein S.C., Curl R.F., Smalley R.1. // Nature, 1985 -V. 318-P. 162-163.2. lijima S. // Nature, 1991 V. 354 - P. 56-58.

2. Косаковская З.Я, Чернозатонский Л.А., Федоров E.A. // Письма в ЖЭТФ, 1992 -Т. 56-В. 1, С 26-30.

3. Chernozatonskii L.A., Gulyaev Yu.V., Kosakovskaja Z.Ja., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Zakharchenko Yu.F., Fedorov E.A., Val'chuk V.P. // Chem. Phys. Lett., 1995-V. 233-P. 63.

4. Chernozatonskii L.A., Kosakovskaja Z.Ja., Kiselev A.N., Kiselev N.A. // Chem. Phys. Lett., 1994 V. 228-P. 94.

5. Бондаренко Б.В., Шешин Е.П., Щука А.А. // Приборы и устройства электронной техники на основе автокатодов. В кн.: Зарубежная электронная техника. - М.: ЦНИИ «Электроника», 1979, № 2.

6. Бондаренко Б.В., Рыбаков Ю.Л., Шешин Е.П., Щука А.А. // Обзоры по электронной технике, сер. 4, «Электронные и газоразрядные приборы» — М.: ЦНИИ «Электроника», 1981 В. 4.

7. Electron device with a sharp edged cathode // Pat. 3109123 (USA), 29.10.63.

8. Electron-beam microanalyses apparatus // Pat. 1389119 (England), 03.04.75.

9. Crandall W.E., Traveling wave tube amplifier employing field emission cathodes // Pat. 4091332 (USA), 23.05.78.

10. Shigeo I., Current Status of Field Emission Display // ASET International Forum on Low Power Displays, Shinagawa, 2000.

11. Варламов В .А., Шехмейстр Е.И. // Сборочные операции в электровакуумном производстве М.: Высшая школа, 1979.

12. Шешин Е.П. // Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов М.: МФТИ, 2001.

13. Ajayan P.M., Terrones М., De La Guardia A., Hue V., grobert N., Wei B.Q., Lezec H„ Ramanath G., Ebbe T.W. // Science, 2002 V. 296 - № 5568, P. 705.

14. Shang N.G., Au F.C.K., Meng X.M., Lee C.S., Bello I., Lee S.Y, II Chem. Phys. Lett., 2002-V. 358-P. 187-191.

15. Елецкий A.B.II Успехи физических наук, 1997 -T.167 №9, С. 945-972.

16. Journet С., Maser W.K., Bernier P. // Nature, 1997 V. 388 - P. 756-758.

17. Ren Z.F., Huang Z.P., Xu J.W. // Science, 1998 V. 282 - P. 1105-1107.

18. Царева С.Ю., Жариков E.B., Аношкин И.В., Коваленко А.В. // Электроника, 2003- №1 С. 20-24.

19. Guo Т., Nikolaev P., Thess A., Colbert D.T., Smalley R.E. // Chem. Phys. Lett. 1995- №243 P. 49-54.

20. Thess A., Lee R„ Nikolaev P., // Science, 1996 -V. 273 № 5274, P. 483-487.

21. De Heer W.A., Chatelain A., Ugarte D. II Science, 1995 V. 270 - P. 1179.

22. Bonard J.-M., Salvetat J.-P., Stockli Т., De Heer W.A., Forro L„ Chatelain A. // Appl. Phys. Lett., 1998 V. 73 - P. 918-920.

23. Gulyaev Yu.V., Chernozatonskii L.A., Kosakovskaya Z.Ja., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Zakharchenko Yu.F. // J. Vac. Sci. Technol. B, 1995 V. 13 -P. 435-436.

24. Косаковская З.Я., Чернозатонский Л.А., Федоров E.A. Письма в ЖЭТФ, 1992 -Т. 56-В.1, С. 26-30.

25. De Heer W.A., Chatelain A., Ugarte D. // Science, 1995 V. 270 - № 5239, P. 1179.

26. Bonard J.-M., Salvetat J.-P., Stockli Т., Forro L., Chatelain A. // Appl. Phys. A, 1999- V. 69 P. 245-254.

27. Wang Q.H., Corrigan T.D., Dai J.Y., Chang R.P.H., Krauss A.R. II Appl. Phys. Lett., 1997-V. 70-P. 3308-3310.

28. Maiti A., Brabec C.J., Roland C., Bernholc J. // Phys. Rev. Lett., 1994 V. 73 -P. 468.

29. Dean K.A., Chalamala B.R. II J. Appl. Phys., 1999 V. 85 - P. 3832.

30. Tsang S.C., Harris P.J.F., Green M.L.H. II Nature, 1993-V. 362-P. 520.

31. Fan S„ Chapline M.G., Franklin N.R., Tombler T.W., Cassell A.M., Dai H. // Science, 1999-V. 283-P. 512-514.

32. Rinzler A.G., Hafner J.H., Nikolaev P. Lou L„ Kim S.G., Tomanek D., Nordlander P., Colbert D.T., Smalley R.E. // Science, 1995 V. 269 - P. 1550-1553.

33. Schmid H„ Fink H.-W. II Appl. Phys. Lett., 1997 V. 70 - P. 2679-2680.

34. Chen Y., Patel S., Ye Y., Shaw D„ Guo L. // Appl. Phys. Lett., 1998 V. 73 -P. 2119-2121.

35. Гуляев Ю.В., Синицын Н.И., Торгашов Г.В., Чернозатонский Л.А., Косаковская З.Я., Захарченко Ю.Ф. // Микроэлектроника, 1997 Т. 26 - В. 2, С. 84-88.

36. Filip V., Nicolaescu D., Tanemura M., Okuyama F. // J. Vac. Sci. Technol. B, 2003 -V. 21 P. 382-390.

37. Choy T.C., Harker A.H., Stoneham A.M. // J. Phys. Condes. Matter., 2004 V. 16 -P. 861-880.

38. Choy T.C., Stoneham A.M., Harker A.H. // J. Phys. Condens. Matter., 2005 V.17 -P. 1505-1528.

39. Obraztsov A.N., Pavlovsky I.Yu., Volkov A.P. // J. Vac. Sci. Technol. B, 1999 V. 17- P. 674-678.

40. Образцов A.H., Волков А.П., Павловский И.Ю., Чувилин А.Л., Рудина Н.А., Кузнецов В.Л. // Письма в ЖЭТФ, 1999 Т. 69 - В. 5, С. 381-386.

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

42. Захидов А.А. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, 2006.

43. Hiura Н., Ebbesen T.W., Fujita J., Tanigaki К., Takada Т. // Nature, 1994 V. 367 -P. 148-151.

44. Salver-Disma F., Tarascon J.-M., Clinard C., Rouzaund J.-N. // Carbon, 1999 V. 37-P. 1941-1959.

45. Huang J.Y., Yasuda H., Mori H. II Chem. Phys. Lett., 1999 -V. 303 p. 130-134.

46. Moriguchi K., Munetoh S., Abe M., Yonemura M., Kamei K., Shintani A., Maehara Y„ Omaru A., Nagamine M. // J. Appl. Phys., 2000 -V. 88 P. 6389-6377.

47. Robinson K.E., Edie D.D. II Carbon, 1996 V. 34 - P. 13-36.

48. Hong S.-H., Korai Y., Mochida I. II Carbon, 2000 V. 38 - P. 805-815.

49. Елинсон М.И. // Ненакаливаемые катоды M.: Советское радио, 1971.

50. Binh V.T., Adessi Ch. // Phys. Rev. Lett., 2000 V. 85 - P. 864-867.

51. Лобанов B.M. // ЖТФ, 2005 T. 75 - B. 11, C. 92-96.

52. Frolov V.D., Karabutov A.V., Pimenov S.M., Konov V.I., Ageev V.P. // Diam. Rel. Mater., 2001 -V. 10-P. 1719-1726.

53. Елинсон М.И., Васильев Г.Ф. // Автоэлектронная эмиссия М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1958.

54. Zheng X., Chen G., Li Z„ Deng S., Xu N. // Phys. Rev. Lett., 2004 V. 92 -P. 106803-1-4.

55. Nakaoka N. Watanabe К. II Phys. Rev. B, 2002 -V. 65 P. 155424-1-5.

56. Sveningson M., Jonson M., Nerushev O.A., Robmund F., Campbell E.E.B. // Appl. Phys. Lett., 2002- V.81 P. 1095-1097.

57. Umnov A.G., Mordkovich V.Z. // Appl. Phys. A, 2001 V. 73 - P. 301-304.

58. Collins P.G., Zettl A. // Phys. Rev. B, 1997 V. 55 - P. 9391.

59. Bonard J.-M., Maier F., Stockli Т., Chatelain A., De Heer W.A., Salvetat J.-P., Forro L. // Ultramicroscopy, 1998 V. 73 - P. 7.

60. Xu X., Brandes G.R. // Appl. Phys. Lett., 1999 V. 74 - P. 2549.

61. Dean K.A., Chalamala B.R. II Appl. Phys. Lett., 2000 V. 76 - P. 375.

62. Zhu X.Y., Lee S.M., Lee Y.H., Frauenheim T. // Phys. Rev. Lett. 2000 V. 85 -P. 2757.

63. Kim C., Choi Y.S., Lee S.M., Kim В., Lee Y.H. // J. Am. Chem. Soc., 2002 V. 124 -P. 9906.

64. Ramprasad R., Von Allmen P., Fonseca L.R.C. // Phys. Rev. B, 1999 V. 60 -P. 6023.

65. Zhao J., Buldum A., Han J., Lu J.P. // Nanotechnology, 2002 -V. 13 P. 195.

66. Luo J., Zhang Z.X., Peng L.-M., Xue Z.Q., Wu J.L. // J. Phys. D: Appl. Phys., 2003 -V. 36 P. 3034.

67. Maiti A., Andzelm J., Tanpipat N„ Von Allmen P. // Phys. Rev. Lett., 2001 V. 87 -P.155502.

68. Grujicic M., Cao G„ Gersten B. // Appl. Surf. Sci., 2003 V. 206 - P. 167.

69. Colazzo R., Schlesser R., Sitar Z. // Appl. Phys. Lett., 2001 V. 78 - P. 2058-2060.

70. Lee C.J., Park J., Han S., Ihm J. // Chem. Phys. Lett., 2001 V. 337 - P. 398-402.

71. Kim J.M., Choi W.B., Lee N.S., Jung J.E II Diam. Rel. Mater., 2000 V. 9 - P. 1184.

72. Chen K.-H., Wu J.-J., Chen L.C., Wen C.Y., Kichambare P.D., Tarntair F.G., Kuo P.F., Chang S.W., Chen Y.F. // Diam. Rel. Mater., 2000-V. 9- P. 1249-1256.

73. Shim J.Y., Baik H.K. // Diam. Rel. Mater., 2001 V. 10 - P. 847-851.

74. Chung S.J., Lim S.H., Jang J. // Thin Solid Films, 2001 V. 383 - P. 73-77.

75. Mao D.-S., Li W., Wang Xi, Liu X., Li Q„ Xu J. // Diam. Rel. Mater., 2000 V. 9 -P. 1876-1880.

76. Chen C.-L., Chen C.-S., Lue J.-T. // Solid-State Electr., 2000 V. 44 - P. 1733.

77. Shih C.-F., Liu K.-S., Lin l.-N. // Diam. Rel. Mater., 2000 V. 9 - P. 1591 -1599.

78. Lee C.J., Park J., Kang S.-Y., Lee J.H. // Chem. Phys. Lett., 2000 V. 326 - P. 175.

79. Mao D.-S., Zhao J., Li W„ Chen Z.Y., Wang Xi, Liu X., Li Q., Xu J., Zhu Y.K., Fan Z., Zhou J.Y.//Mater. Lett., 1999-V. 41 P. 117-121.

80. Alexandrou I., Baxendale M., Rupesinghe N.L., Amaratunga G.A. J., Kiely C.J. // J. Vac. Sci. Technol. B, 2000 V. 18 - P. 2698-2703.

81. Cho Y.-R., Lee J.H., Jung M.-Y., Song Y.-H., Kang S.-Y., Cho K., Hwang C.-S. // J. Vac. Sci. Technol. B, 2001 -V. 19-P. 1012-1015.

82. Milne W.I., llie A., Cui J.B., Ferrari A., Robertson J. // Diam. Rel. Mater., 2001 -V. 10-P. 260-264.

83. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. // Квантовая механика М.: Наука, 1974.

84. Nordheim L.W. // Proc. Roy. Soc. 1928 V. А121 - P. 626.

85. Fowler R.H., Nordheim L.W.//Proc. Roy. Soc. 1928-V. A119-P. 173.

86. Bobkov A., Davidov E., Zaitsev S., Karpov A.V., Kozodaev M.A., Nikolaeva I.N., Popov M.O., Skorokhodov E.N., Suvorov A.L., Cheblukov Yu.N. // J. Vac. Sci. Technol. В 2000-V.19-P. 32.

87. Bormashov V.S., Baturin A.S., Nikolski K.N., Sheshin E.P. II Tech. Digest, of 15th IVMC and 48th IFES, 2002 V. 2/2 - P. 64.

88. Forbes R.G. // J. Vac. Sci. Technol. B, 1999 V. 17 - P. 534.

89. Forbes R.G.//J. Vac. Sci.Technol. B, 1999-V. 17-P. 526.

90. Murphy E.L., Good R.H. // Phys. Rev., 1956 V. 102 - P. 1464.

91. Bonard J.-M., Salvetat J.-P., Stockli Т., Forro L., Chatelain A. // Appl. Phys. Lett., 1999-V. 69-P. 245.

92. Zhu W„ Koshanski G., Sungho J., Bower C„ Zhou O. // Appl. Phys. Lett., 1999 -V. 75 P. 873.

93. Bormashov V.S., Baturin A.S., Nikolski K.N., Sheshin E.P. II Appl. Surf. Sci., 2003 -V. 215-P. 178-184.

94. Bormashov V.S., Nikolski K.N., Sidorenkov S.V., Sheshin E.P. // Technical Digest of 15th IVMC and 48th IFES, 2002 V. 2/2 - P. 72.

95. Dyke W.P., Trolan J.K., Martin E.E., BarbourJ.P. // Phys. Rev, 1953 V. 91 - N 5 -P. 1043-1053.

96. Сокольская И.Л., Фурсей Г.Н. // РиЭ, 1962 Т. 7 - № 9, С. 1474-1483.

97. Фурсей Г.Н., Толкачева И.Д. // РиЭ, 1963 Т. 8 - № 7, С. 1210-1221.

98. Фурсей Г.Н. //ЖТФ, 1964 Т. 34 - В. 7 - № 9, С. 1310-1315.

99. Батраков А.В., Проскуровский Д.И. // Письма в ЖТФ, 1999 Т. 25 - В. 11, С. 57.

100. Никольский К.Н., Батурин А.С., Князев А.И., Чесов Р.Г., Шешин Е.П. // ЖТФ, 2004 Т. 74 - №3, С. 62-64.

101. Бормашов B.C., Батурин А.С.//Материалы международной конференции "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments" Москва, 2003 С. 130.

102. Бондаренко Б.В., Макуха В.И., Рыбаков Ю.Л., Шаров В.Б., Шешин Е.П. // Физические явления в электронных приборах-М.: МФТИ, 1986 С.18-21.

103. Кузнецов В.А. // Труды МФТИ: Сер. «Радиотехника и электроника» 1970 -С. 136-142.

104. Bhushan В. // Handbook of Micro/Nano Tribology. Second edition CRC Press, ISBN 0849384028 - P. 880.

105. Frolov V.D., Karabutov A.V., Pimenov S.M., Konov V.I. // Diam. Rel. Matt., 2000 -V. 9-P. 1196-1200.

106. Makovicka C„ Gartner G., Hardt A., Hermann W„ Wiechert D.U. // Appl. Surf. Sci., 1997-V. 111 P. 70-75.

107. Bormashov V.S., Sherstnev P.V., Baturin A.S., Nikolski K.N., Sheshin E.P. // J. Phys. Chem. Sol., 2004 V. 65 - P. 159-163.

108. Heinz W.F., Hoh J.H. //Tibtech, 1999-V. 17-P. 143-150.

109. Rodriguez T.R., Garsia R. II Appl. Phys. Lett., 2002 V. 80 - P. 1646-1648.

110. Sebastian A., Salapaka M.V., Chen D.J. // J. Appl. Phys., 2001 V. 89 - P. 6473.

111. Butt H.-J., Jaschke M. //Nanotechnology, 1995-V. 6-P. 1.

112. Sasaki N„ Tsukada M. //Appl. Surf. Sci., 1999-V. 140-P. 339.

113. Сивухин Д.В. // Курс общей физики: Механика М: Наука, 1989 - С. 576.

114. San Paulo A., Garsia R. // Phys. Rev. В, 2002 V. 66 - P. 41406.

115. San Paulo A., Garsia R. II Phys. Rev. B, 2001 -V. 64-P. 193411.

116. Aime J.P., Couturier G„ Boisgard R., Nony L. // Appl. Surf. Sci., 1999 V. 140 -P. 333.

117. Boisgard R., Michel D., Aime J.P.//Surf. Sci., 1998-V. 401 P. 199.

118. Sasaki N., Tsukada M., Tamura R., Sate N. II Appl. Phys. A, 1998 V. 66 - P. 287.

119. Sasaki N., Tsukada M. // Appl. Surf. Sci., 1999 V. 140 - P. 339-343.

120. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М.// Теория упругости -М.: Наука, 1987-С. 246.

121. Сивухин Д.В. // Курс общей физики: Эпектричество М.: Наука, 1983 - С. 687.

122. Israelachvili J.N. // Intermolecular and Surface Forces Academic Press, 1992 -P. 560.

123. Maugis D.J.//J. Colloid. Interface Sci., 1992-V. 150-P. 243.

124. Sader J.E., James W., Chon M„ Mulvaney P. // Rev. Sci. Instrum., 1999 V. 70 -P. 3967.

125. Худсон Д. II Статистика для физиков М.: Мир, 1970.

126. Бормашов B.C., Батурин А.С., Шешин Е.П. // Труды международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросхемы», 2005 -С. 35.

127. Бормашов B.C., Чесов Р.Г., Батурин А.С., Никольский К.Н., Князев А.И., Шешин Е.П. // Нано- и микросистемная техника, 2003 № 5 - С. 26-29.

128. Saito Y., Hamaguchi К., Mizushima R., Uemura S., Nagasako Т., Yotani J., Shimojo T. // Appl. Surf. Sci. 1999 V. 146 - P. 305-311.

129. Bonard J.-M., Stockli Т., Nilsson L.-O., Kind H. // Solid-State Electr. 2001 V. 45 -P. 893.

130. Bormashov V.S., Tchesov R.G., Baturin A.S., Sheshin E.P. // Nuclear Inst, and Methods in Phys. Research A, 2006 V. 558 - P. 256-259.

131. Силин В.П. // Введение в кинетическую теорию газов М.:Наука, 1971.

132. Черепнин Н.В. // Сорбционные явления в вакуумной технике М.: "Советское радио", 1973-С. 130.

133. Grujicic М„ Cao G., Gersten В. //Appl. Surf. Sci. 2003-V. 206 P. 167.

134. Плешивцев Н.В. // Катодное распыление М.: Атомиздат, 1968.

135. Каминский М. // Атомные и ионные столкновения на поверхности металла -пер. с англ. под ред. Л.А. Арцимовича М.: Мир, 1967.

136. Baturin A.S., Sheshin Е.Р., Anashchenko A.V. // 43rd IFES, 1996 P. 96.

137. Muller E.W. // J. Appl. Phys., 1955 V. 26 - P. 732.

138. Дикова Л.К., Сытая Е.П., Шуппе Г.Н. // ФТТ, 1966 Т. 8 - С. 936.

139. Rasor N.S., Warner С. // J. Appl. Phys. 1964 V. 35 - P. 2589.

140. Macdolnald J.R., Barlow C.A. Jr. // J. Chem. Phys. 1966 V. 44 - P. 202.

141. Zhu X.Y., Lee S.M., Lee Y.H., Frauenheim Т. II Phys. Rev. Lett., 2000 V. 85 -P. 2757.

142. Huang N.Y., She J.C., Chen J., Deng S.Z., Xu N.S., Bishop H„ Huq S.E., Wang L., Zhong D.Y., Wang E.G., Chen D.M. // Phys. Rev. Lett., 2004 V. 93 - № 7, P. 075501-1.

143. Wei Y., Xie Ch., Dean K.A., Coll B. // Appl. Phys. Lett., 2001 V. 79 - № 27, P. 4527-4529.

144. Бормашов B.C., Лешуков М.Ю., Шешин Е.П. // Труды XV международного совещания «Радиационная физика твердого тела», 2005 С. 205-210.

145. Glukhova О.Е., Zhbanov A.I., Torgashov I.G., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V. // Appl. Surf. Sci., 2003-V. 215-P. 149.

146. Савельев И.В. II Курс общей физики. Молекулярная физика и термодинамика. М.: ООО «Издательство ACT», 2005.

147. Xie S., Li W., Pan Z„ Chang В., Sun L. II J. Phys. Chem. Solids, 2000 V. 61 -P. 1153-1158.

148. Falvo M.R., Clary G.J., Taylor II R.M., Chi V., Brooks F.P. Jr., Washburn S., Superfine R. // Nature, 1997 V. 389 - P. 582-584.

149. Wong E.W., Sheehan P.E., Lieber C.M. II Science, 1997 -V. 277 P. 1971-1975.

150. Blank V.D., Polyakov E.V., Batov D.V., Kulnitskiy B.A., Bangert U., Gutierrez-Sosa A., Harvey A.J., Seepujak A. // Diam. and Rel. Mater., 2003 V. 12 - P. 864-869.

151. Wada Y., Yap Y.K., Mori Y., Yoshimura M„ Sasaki T. // Diam. and Rel. Mater., 2000- V. 9 P. 620-624.

152. Terrenes M., Terrenes H., Grobert N„ Hsu W.K., Zhu Y.Q., Hare J.P., Kroto H.W., Walton D.R., Zhang J.P., Cheetham A.K. // Appl. Phys. Lett., 1999 V. 75 -P. 3932-3936.

153. Kurt R„ Bonard J.M., Karimi A. // Thin Solid Films, 2001 V. 398 - P. 193-198.

154. Кудашов А.Г., Окотруб A.B., Юданов Н.Ф., Романенко А.И., Булушева Л.Г., Абросимов А.Г., Чувилин А.Л., Пажетов Е.М., Воронин А.И. // ФТТ, 2002 Т. 44- В. 4, С. 626-629.

155. Terrenes М. // XV International Winterschool on electronic properties of novel materials. Austria, 2001 P. 63.

156. Kimura Ch., Yamamuro Y., Aoki H., Sugino T. // 17th European Conference on Diamond, Diamond- Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides. Portugal, 2006- P. 380.

157. Stephan O., Ajayan P.M., Coliex C., Redlich Ph., Lambert J.M., Bernier P., Lefin P. // Science, 1994 V. 266 - P. 1683.

158. Zhang G.Y., Ma X.C., Zhong D.Y., Wang E.G. // J. Appl. Phys., 2002 V. 91 -P. 9324-9327.

159. Blank V.D., Polyakov E.V., Kulnitskiy B.A., Nuzhdin A.A., Alshevskiy Yu.L., Banget U„ Harvey A.J. II Thin Solid Films, 1999 V. 346 - P. 86-92.

160. Bormashov V.S., Sheshin E.P., Batov D.V., Blank V.D., Buga S.G. // Technical Digest of 19lh IVNC and 50th IFES, 2006 P. 293.

161. Blank V.D., Gorlova I.G., Hutchison J.L., Kiselev N.A. Ormont A.B. Polyakov E.V. // Carbon, 2000-V. 38-P. 1217-1240.

162. Zhang Z.J., Fan S„ Lieber C.M. II Appl. Phys. Lett., 1995 V. 56 - P. 3582-3584.

163. Бормашов B.C., Шешин Е.П., Бланк В.Д., Буга С.Г., Батов Д.В., Альшевский Ю.Л. II Нано- и микросистемная техника, 2007 №3, принята в печать.

164. Chung D. D. L. II J. Mater. Sci., 1989 -У. 22- P. 4190-4198.

165. Fonseca A., Hernadi K., Piedigrosso P., Colomer J.-F., Mukhopadhyay K., Doome R., Lazarescu S., Biro L.P., Lambin Ph., Thiry P.A., Bernaerts D„ Nagy J.B. II Appl. Phys. A, 1998 V. 67 - P. 11.

166. Bulusheva L.G., Okotrub A.V., Asanov I.P., Fonseca A., Nagy J.B. // J. Phys. Chem., 2001 -V. 105-1.4, P. 853.

167. Satyanarayana B.S., Robertson J., Milne W.I. II Diam. and Rel. Mater., 2000 V. 9 -P. 1190-1195.

168. Service R.F. II Science, 1995 V. 270 - P. 111.

169. Talin A.A., Dean K.A., Jaskie J.E. II Solid-State Electr., 2001 -V. 45 P. 963-976.