Выпуски

 / 

2020

 / 

Июль

  

Обзоры актуальных проблем


Полевая эмиссия из углеродных наноструктур: модели и эксперимент

 а, б, в,  в
а Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация
б Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, ул. Проф. Попова 14, Санкт-Петербург, 197376, Российская Федерация
в Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Политехническая ул. 29, Санкт-Петербург, 195251, Российская Федерация

Приведено описание моделей полевой (холодной, автоэлектронной) эмиссии из углеродных наноструктур различных видов (кроме графена). Результаты экспериментов сравниваются с объяснениями и предсказаниями этих моделей.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: углеродные наноструктуры, свойства полевой эмиссии, модели полевой эмиссии, порог эмиссии, эмиттеры, катоды для эмиссионных приборов
PACS: 71.38.Ht, 73.63.−b, 79.70.+q (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2019.06.038576
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2020/7/b/
Цитата: Эйдельман Е Д, Архипов А В "Полевая эмиссия из углеродных наноструктур: модели и эксперимент" УФН 190 693–714 (2020)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 16 апреля 2019, доработана: 31 мая 2019, 5 июня 2019

English citation: Eidelman E D, Arkhipov A V “Field emission from carbon nanostructures: models and experimentPhys. Usp. 63 648–667 (2020); DOI: 10.3367/UFNe.2019.06.038576

Список литературы (183) ↓ Похожие статьи (20)

  1. Fowler R H, Nordheim L Proc. R. Soc. Lond. A 119 173 (1928)
  2. Stratton R Phys. Rev. 125 67 (1962)
  3. Елинсон М И, Васильев Г Ф Автоэлектронная эмиссия (М.: Физматгиз, 1958)
  4. Baskin L M, Lvov O I, Fursey G N Phys. Status Solidi B 47 49 (1971)
  5. Modinos A Solid-State Electron. 45 809 (2001)
  6. Chernozatonskii L A Chem. Phys. Lett. 233 63 (1995)
  7. Гуляев Ю В и др Радиотехника и электроника 48 1399 (2003); Gulyaev Yu V et al J. Commun. Technol. Electron. 48 1288 (2003)
  8. Baker F S, Osborn A R, Williams J Nature 239 96 (1972)
  9. Шешин Е П Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов (М.: Изд-во МФТИ. Физматкнига, 2001)
  10. Gröning O et al Appl. Phys. Lett. 71 2253 (1997)
  11. Образцов А Н, Волков А П, Павловский И Ю Письма в ЖЭТФ 68 56 (1998); Obraztsov A N, Volkov A P, Pavlovskii I Yu JETP Lett. 68 59 (1998)
  12. Cui J B, Ristein J, Ley L Phys. Rev. B 60 16135 (1999)
  13. Ralchenko V et al Diamond Relat. Mater. 8 1496 (1999)
  14. Karabutov A V, Frolov V D, Konov V I Diamond Relat. Mater. 10 840 (2001)
  15. Okotrub A V et al Carbon 42 1099 (2004)
  16. Carey J D, Silva S R P Solid-State Electron. 45 1017 (2001)
  17. Orlanducci S et al J. Nanosci. Nanotechnol. 8 3228 (2008)
  18. Koh A T T et al J. Appl. Phys. 110 034903 (2011)
  19. Zhai C X et al Physica B 406 1124 (2011)
  20. Nose K et al J. Vac. Sci. Technol. B 30 011204 (2012)
  21. Tordjman M et al Appl. Phys. Lett. 101 173116 (2012)
  22. Gupta S, Morell G, Weiner B R J. Appl. Phys. 95 8314 (2004)
  23. Xu N S, Ejaz Huq S Mater. Sci. Eng. R 48 47 (2005)
  24. Wang C et al Electron. Lett. 27 1459 (1991)
  25. Образцов А Н, Павловский И Ю, Волков А П ЖТФ 71 89 (2001); Obraztsov A N, Pavlovskii I Yu, Volkov A P Tech. Phys. 56 87 (2001)
  26. Gröning O et al Solid-State Electron. 45 929 (2001)
  27. Krauss A R et al J. Appl. Phys. 89 2958 (2001)
  28. Xu N S, Tzeng Y, Latham R V J. Phys. D 27 1988 (1994)
  29. Cheah L K et al J. Appl. Phys. 85 6816 (1999)
  30. Рахимов А Т УФН 170 996 (2000); Rakhimov A T Phys. Usp. 43 926 (2000)
  31. Захидов Ал А и др ЖЭТФ 124 1391 (2003); Zakhidov Al A et al JETP 97 1240 (2003)
  32. Vul' A Ya, Eidelman E D, Dideikin A T Synthesis, Properties, and Applications of Ultrananocrystalline Diamond. NATO Advanced Research Workshop on Synthesis, Properties and Applications of Ultrananocrystalline Diamond, 2004, Saint Petersburg, Russia (NATO Science Ser., Ser. II) Vol. 192 (Eds D M Gruen, O A Shenderova, A Ya Vul') (Dordrecht: Springer, 2005) p. 383
  33. Karabutov A V et al J. Vac. Sci. Technol. B 19 965 (2001)
  34. Uppireddi K, Weiner B R, Morell G J. Appl. Phys. 103 104315 (2008)
  35. Obraztsov A N, Kleshch V I, Smolnikova E A Beilstein J. Nanotechnol. 4 493 (2013)
  36. Kleshch V I et al Carbon 81 132 (2015)
  37. Образцов А Н и др ЖЭТФ 120 970 (2001); Obraztsov A N et al JETP 93 846 (2001)
  38. Захидов Ал А и др ЖЭТФ 127 100 (2005); Zakhidov Al A et al JETP 100 89 (2005)
  39. Kleshch V I et al Phys. Status Solidi B 248 2623 (2011)
  40. Смольникова Е А "Исследование структурных и автоэмиссионных характеристик нанографитных холодных катодов" Дисc. ... канд. физ.-мат. наук (М.: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 2015)
  41. Kleshch V I et al Phys. Status Solidi B 255 1700270 (2018)
  42. Архипов А В и др Письма в ЖТФ 40 (23) 58 (2014); Arkhipov A V et al Tech. Phys. Lett. 40 1065 (2014)
  43. Arkhipov A V et al Fuller. Nanotub. Carbon Nanostruct. 28 286 (2020)
  44. Архипов А В и др ЖТФ 86 (12) 135 (2016)
  45. Andronov A et al J. Vac. Sci. Technol. B 36 02C108 (2018)
  46. Gupta S, Weiner B R, Morell G J. Appl. Phys. 91 10088 (2002)
  47. Фурсей Г Н, Петрик В И, Новиков Д В ЖТФ 79 (7) 122 (2009); Fursey G N, Petrick V I, Novikov D V Tech. Phys. 54 1048 (2009)
  48. Яфаров Р К ЖТФ 76 (1) 42 (2006); Yafarov R K Tech. Phys. 51 40 (2006)
  49. Яфаров Р К ЖТФ 88 127 (2018); Yafarov R K Tech. Phys. 63 126 (2018)
  50. Давидович М В, Яфаров Р К ЖТФ 88 283 (2018); Davidovich M V, Yafarov R K Tech. Phys. 63 274 (2018)
  51. Pradhan D, Lin I N ACS Appl. Mater. Interfaces 1 1444 (2009)
  52. Karabutov A V et al Surf. Interface Anal. 36 455 (2004)
  53. Arkhipov A V et al J. Phys. Conf. Ser. 100 072047 (2008)
  54. Varshney D et al J. Appl. Phys. 110 044324 (2011)
  55. Жирнов В В и др ФТТ 46 641 (2004); Zhirnov V V et al Phys. Solid State 46 657 (2004)
  56. Lai S H et al Appl. Phys. Lett. 85 6248 (2004)
  57. Ojima M et al Appl. Phys. Lett. 88 053103 (2006)
  58. Arkhipov A et al J. Nanomater. 2014 190232 (2014)
  59. Guglielmotti V et al Appl. Phys. Lett. 95 222113 (2009)
  60. Vul' A et al Adv. Sci. Lett. 3 110 (2010)
  61. Uppireddi K, Weiner B R, Morell G J. Vac. Sci. Technol. B 28 1202 (2010)
  62. Park K H, Lee S, Koh K H J. Appl. Phys. 99 034303 (2006)
  63. Popov E O et al J. Vac. Sci. Technol. B 36 02C106 (2018)
  64. Forbes R G et al J. Vac. Sci. Technol. B 22 1222 (2004)
  65. Forbes R G J. Vac. Sci. Technol. B 27 1200 (2009)
  66. Busta H H et al Solid-State Electron. 45 1039 (2001)
  67. Ilie A et al J. Appl. Phys. 88 6002 (2000)
  68. Anikin V M, Goloubentsev A F Solid-State Electron. 45 865 (2001)
  69. Маслов В И Письма в ЖТФ 33 (24) 76 (2007); Maslov V I Tech. Phys. Lett. 33 1069 (2007)
  70. Arkhipov A V et al St. Petersburg State Polytech. Univ. J. Phys. Math. (4-2) 123 (2013)
  71. Архипов А В "Низковольтная автоэлектронная эмиссия из наноструктурированных углеродосодержащих материалов и покрытий" Дисс. ... докт. физ.-мат. наук (СПб.: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2017)
  72. Архипов А В и др ЖТФ 75 (10) 104 (2005); Arkhipov A V et al Tech. Phys. 50 1353 (2005)
  73. Arkhipov A V, Mishin M V, Parygin I V Surf. Interface Anal. 39 149 (2007)
  74. Arkhipov A V, Mishin M V Fuller. Nanotub. Carbon Nanostruct. 19 75 (2010)
  75. Arkhipov A V, Gabdullin P G, Mishin M V Fuller. Nanotub. Carbon Nanostruct. 19 86 (2010)
  76. Jarvis J D et al J. Appl. Phys. 108 094322 (2010)
  77. Колосько А Г и др Письма в ЖТФ 39 (10) 72 (2013); Kolos'ko A G et al Tech. Phys. Lett. 39 484 (2013)
  78. Cole M T et al IEEE Trans. Nanotechnol. 16 11 (2017)
  79. Charbonnier F M et al Phys. Rev. Lett. 13 397 (1964)
  80. Levine P H J. Appl. Phys. 33 582 (1962)
  81. Purcell S T et al Phys. Rev. Lett. 88 105502 (2002)
  82. Рейх К В, Эйдельман Е Д, Вуль А Я ЖТФ 77 (7) 123 (2007); Reich K V, Eidelman E D, Vul' A Ya Tech. Phys. 52 943 (2007)
  83. Pshenichnyuk S A, YumaguzYu M Diamond Relat. Mater. 13 125 (2004)
  84. Fleming G M, Hengerson J E Phys. Rev. 59 907 (1941)
  85. Krauss A R et al J. Appl. Phys. 89 2958 (2001)
  86. Schlesser R et al J. Appl. Phys. 82 5763 (1997)
  87. Schlesser R et al Diamond Relat. Mater. 7 636 (1998)
  88. Yamaguchi H et al Phys. Rev. B 80 165321 (2009)
  89. Bandurin D A et al Appl. Phys. Lett. 106 233112 (2015)
  90. Forbes R G Solid-State Electron. 45 779 (2001)
  91. Ahmed S F, Moon M-W, Lee K-R Appl. Phys. Lett. 92 193502 (2008)
  92. Ilie A et al Appl. Phys. Lett. 76 2627 (2000)
  93. Carey J D et al J. Vac. Sci. Technol. B 21 1633 (2003)
  94. Frolov V D et al Ultramicroscopy 79 209 (1999)
  95. Cheng H-F et al J. Phys. Chem. C 115 13894 (2011)
  96. Smith R C, Silva S R P J. Appl. Phys. 106 014314 (2009)
  97. Smith R C et al Appl. Phys. Lett. 87 013111 (2005)
  98. Spindt C A J. Appl. Phys. 37 3504 (1968)
  99. Fursey G N et al Appl. Surf. Sci. 215 135 (2003)
  100. Дюбуа Б Ч, Королёв А Н Электронная техника Сер. 1 СВЧ-техника (1) 5 (2011)
  101. Bonard J-M et al Carbon 40 1715 (2002)
  102. Tolt Z L et al J. Vac. Sci. Technol. B 26 706 (2008)
  103. Bonard J-M et al Phys. Rev. B 67 115406 (2003)
  104. Popov E O et al J. Vac. Sci. Technol. B 33 03C109 (2015)
  105. Bocharov G S, Eletskii A V Fuller. Nanotub. Carbon Nanostruct. 20 444 (2012)
  106. Glukhova O E et al Appl. Surf. Sci. 215 149 (2003)
  107. Елецкий А В УФН 180 897 (2010); Eletskii A V Phys. Usp. 53 863 (2010)
  108. Бочаров Г С, Елецкий А В ЖТФ 77 (4) 107 (2007); Bocharov G S, Eletskii A V Tech. Phys. 52 498 (2007)
  109. Булярский С В и др ЖТФ 88 920 (2018); Bulyarskiy S V et al Tech. Phys. 63 894 (2018)
  110. Egorov N, Sheshin E Field Emission Electronics (Springer Series in Advanced Microelectronics) Vol. 60 (New York: Springer, 2017)
  111. Егоров Н В, Шешин Е П Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования (3) 5 (2017); Egorov N V, Sheshin E P J. Surf. Investig. X-Ray Synchr. Neutron Tech. 11 285 (2017)
  112. Shen Y et al Adv. Electron. Mater. 3 1700295 (2017)
  113. Katkov V L, Osipov V A Письма в ЖЭТФ 90 304 (2009); Katkov V L, Osipov V A JETP Lett. 90 278 (2009)
  114. Zhu M Y et al Carbon 49 2526 (2011)
  115. Takeuchi W et al Appl. Phys. Lett. 98 123107 (2011)
  116. Evlashin S A et al J. Vac. Sci. Technol. B 30 021801 (2012)
  117. Qi J L et al J. Phys. D 43 055302 (2010)
  118. Palnitkar U A et al Appl. Phys. Lett. 97 063102 (2010)
  119. Krivchenko V A et al J. Appl. Phys. 107 014315 (2010)
  120. Huang Y et al Carbon 50 2657 (2012)
  121. Kokkorakis G C, Xanthakis J P Surf. Interface Anal. 39 135 (2007)
  122. Robertson J, Milne W J. Non-Cryst. Solids 227-230 558 (1998)
  123. Binh V T et al Solid-State Electron. 45 1025 (2001)
  124. Воробьев Л Е и др Кинетические и оптические явления в сильных электрических полях в полупроводниках и наноструктурах (Под общ. ред. В И Ильина, А Я Шика) (СПб.: Наука, 2000)
  125. Forbes R G Ultramicroscopy 95 1 (2003)
  126. Cutler P H et al Appl. Surf. Sci. 146 126 (1999)
  127. Amaratunga G A J, Silva S R P Appl. Phys. Lett. 68 2529 (1996)
  128. Geis M W, Twichell J C, Lyszczarz T M J. Vac. Sci. Technol. B 14 2060 (1996)
  129. Geis M W et al Appl. Phys. Lett. 68 2294 (1996)
  130. Koenigsfeld N, Philosoph B, Kalish R Diamond Relat. Mater. 9 1218 (2000)
  131. Okano K et al Nature 381 140 (1996)
  132. Panwar O S, Rupesinghe N, Amaratunga G A J J. Vac. Sci. Technol. B 26 566 (2008)
  133. Zhao W et al Appl. Phys. Lett. 96 092101 (2010)
  134. Robertson J J. Vac. Sci. Technol. B 17 659 (1999)
  135. Баскин Л М, Нейттаанмяки П, Пламеневский Б А ЖТФ 80 (12) 86 (2010); Baskin L M, Neittaanmäki P, Plamenevskii B A Tech. Phys. 55 1793 (2010)
  136. Obraztsov A N et al Electronic Properties of Syntetic Nanostructures. XVIII Intern. Winterschool/Euroconf. on Electronic Properties of Novel Materials, 6-13 March, 2004, Kirchberg, Austria (AIP Conf. Proc.) Vol. 723 (Eds H Kuzmany et al) (Melville, NY: American Institute of Physics, 2004) p. 490
  137. Frolov V D et al Appl. Phys. A 78 21 (2004)
  138. Carey J D et al Appl. Phys. Lett. 77 2006 (2000)
  139. Xu J et al J. Appl. Phys. 91 5434 (2002)
  140. Huang P-C et al J. Appl. Phys. 109 084309 (2011)
  141. Arkhipov A V et al J. Nano- Electron. Phys. 8 02058 (2016)
  142. Katkov V L, Osipov V A ЭЧАЯ 41 1916 (2010); Katkov V L, Osipov V A Phys. Part. Nucl. 41 1027 (2010)
  143. Cui J B, Robertson J, Milne W I J. Appl. Phys. 89 5707 (2001)
  144. Litovchenko V et al J. Appl. Phys. 96 867 (2004)
  145. Reich K V, Eidelman E D Europhys. Lett. 85 47007 (2009)
  146. Бабенко А Ю, Дидейкин А Т, Эйдельман Е Д ФТТ 51 410 (2009); Babenko A Yu, Dideykin A T, Eidelman E D Phys. Solid State 51 435 (2009)
  147. Zheng X et al Phys. Rev. Lett. 92 106803 (2004)
  148. Peng J et al J. Appl. Phys. 104 014310 (2008)
  149. Forbes R G J. Vac. Sci. Technol. B 28 C2A43 (2010)
  150. Рейх К В и др ЖТФ 78 (2) 119 (2008); Reich K V et al Tech. Phys. 53 261 (2008)
  151. Schlesser R et al Diamond Relat. Mater. 7 636 (1998)
  152. Lee K-R et al Thin Solid Films 290-291 171 (1996)
  153. Zhu W, Kochanski G P, Jin S Science 282 1471 (1998)
  154. Wächer R et al Diamond Relat. Mater. 7 687 (1998)
  155. Cheng H-F et al Appl. Surf. Sci. 142 504 (1999)
  156. Umehara Y et al Diamond Relat. Mater. 11 1429 (2002)
  157. Dideykin A T, Eidelman E D, Vul' A Ya Solid State Commun. 126 495 (2003)
  158. Eydelman E D, Vul' A Ya J. Phys. Condens. Matter 19 266210 (2007)
  159. Эйдельман Е Д ЖТФ 89 1491 (2019); Eidelman E D Tech. Phys. 64 1409 (2019)
  160. Koniakhin S V, Eidelman E D Europhys. Lett. 103 37006 (2013)
  161. Шахов Ф М, Мейлахс А П, Эйдельман Е Д Письма в ЖТФ 42 (5) 57 (2016); Shakhov F M, Meilakhs A P, Eidelman E D Tech. Phys. Lett. 42 252 (2016)
  162. Eidelman E D, Meilakhs A P Nanosyst. Phys. Chem. Math. 7 919 (2016)
  163. Eidelman E D et al J. Phys. D 50 464007 (2017)
  164. Эйдельман Е Д ФТП 51 944 (2017); Eidelman E D Semiconductors 51 906 (2017)
  165. Cahill D G et al J. Appl. Phys. 93 793 (2003)
  166. Халатников И М Введение в теорию сверхтекучести (М.: Наука, 1965); Пер. на англ. яз., Khalatnikov I M An Introduction to the Theory of Superfluidity (Cambridge, MA: Advanced Book Program, Perseus Publ., 2000)
  167. Stoner R J, Maris H J Phys. Rev. B 48 16373 (1993)
  168. Мейлахс А П ФТТ 57 140 (2015); Meilakhs A P Phys. Solid State 57 148 (2015)
  169. Мейлахс А П, Эйдельман Е Д Письма в ЖЭТФ 100 89 (2014); Meilakhs A P, Eidelman E D JETP Lett. 100 81 (2014)
  170. Arkhipov A V et al Nanosyst. Phys. Chem. Math. 9 110 (2018)
  171. Dames C, Chen G J. Appl. Phys. 95 682 (2004)
  172. Chen T-G et al Opt. Express 18 A467 (2010)
  173. Рейх К В, Эйдельман Е Д ФТТ 53 1618 (2011); Reich K V, Eidelman E D Phys. Solid State 53 1704 (2011)
  174. Zhu S et al Nano Res. 8 355 (2015)
  175. Benisty H Phys. Rev. B 51 13281 (1995)
  176. Inoshita T, Sakaki H Physica B 227 373 (1996)
  177. Nozik A J Annu. Rev. Phys. Chem. 52 193 (2001)
  178. Pandey A, Guyot-Sionnest P J. Phys. Chem. Lett. 1 45 (2010)
  179. Fang H-H et al Nature Commun. 9 243 (2018)
  180. Tanaka S, Matsunami M, Kimura S Sci. Rep. 3 3031 (2013)
  181. Li M et al Nature Commun. 8 14350 (2017)
  182. Wei X et al Nano Lett. 11 734 (2011)
  183. Wei X, Bando Y, Golberg D ACS Nano 6 705 (2012)

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение