Неоднородные нанотрубки эмитируют лучше

-->

В настоящее время во многих лабораториях мира проводятся разработки новых вакуумных приборов с холодными полевыми катодами на основе углеродных нанотрубок (УНТ). Усилия исследователей направлены на повышение плотности тока эмиссии катодов, снижение величины напряжения питания, обеспечение электрического и термического контакта нанотрубки с подложкой, повышение срока службы и т.п.

Среди множества подходов, развиваемых для достижения этих целей, важное место занимают методы совершенствования структуры эмиттера на основе нанотрубки. Несмотря на многолетние исследования, ученые до сих пор не пришли к ясному пониманию того, какие именно нанотрубки лучше всего подходят в качестве эмиттера.

Некоторую ясность в эту проблему удалось внести группе исследователей из Университета Майями (США) совместно со специалистами из Школы нанотехнологии в Корее. Им удалось значительно улучшить эмиссионные характеристики катода на основе УНТ, вырастив на наконечниках многослойных УНТ большого диаметра однослойные либо тонкие многослойные нанотрубки. В качестве подложки использовали пластину пористого кремния диаметром 5 см и толщиной 300 мкм с удельным сопротивлением в диапазоне от 0,008 до 0,02 Ом/см и диаметром пор 15–20 нм. На подложку наносили тонкий слой железа (10 нм), используемого в качестве катализатора. Контакт частиц катализатора с нанопорами обеспечивался в результате отжига образца при 300оС в течение 12 часов.

Многослойные вертикально ориентированные нанотрубки длиной 55 мкм и диаметром 15–20 нм выращивали в течение 40 минут при 700оС в потоке ацетилена. С целью выращивания на вершинах многослойных нанотрубок трубок меньшего диаметра на эти вершины с помощью теневой маски напыляли частицы Fe катализатора. Подготовленные таким образом образцы подложек с нанотрубками помещали в камеру CVD, где в течение 5 мин при температуре 900оС в потоке метана (1000 см3/мин) и этилена (5 см3/мин) вырастали однослойные и тонкие многослойные нанотрубки высотой 10 – 15 мкм и диаметром от 2 до 10 нм.

Sravnenie_UNT.jpgРис. 1. Сравнение эмиссионных вольт-амперных характеристик катодов с эмиттером из многослойных УНТ и многослойных УНТ с выращенными на них трубками меньшего диаметра

Эмиссионные характеристики изготовленных катодов измеряли в диодной конфигурации при межэлектродном расстоянии 900 мкм и давлении остаточного газа ~ 10-6 Торр. На рисунке сравниваются вольт-амперные характеристики катодов с эмиттерами из многослойных нанотрубок и многослойных УНТ с выращенными на них трубками меньшего диаметра. Как видно, использование двухступенчатых эмиттеров позволяет в десятки раз поднять ток эмиссии. Обработка эмиссионных характеристик, представленных в координатах Фаулера-Нордгейма, позволила заключить, что использование двухступенчатых эмиттеров приводит к повышению коэффициента усиления электрического поля с 8400 до 26200. Таким образом, изменение геометрии эмиттера открывает путь для повышения его рабочих характеристик.

Автор – А.В. Елецкий

  • 1. R. Seelaboyina et al., Nanotechnology 19, 065605 (2008)
Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

ПерсТ: Неоднородные нанотрубки эмитируют лучше