Детальная информация

Цель работы — установление закономерностей и физических механизмов эмиссии электронов из массива кремниевых нанопроволок («пористого кремния») с углеродным покрытием (a-C@nw-Si). Задачи работы состояли в измерении вольт-амперных характеристик (ВАХ) эмиссии образцов a-C@nw-Si при различной температуре, измерении энергетических спектров эмитированных электронов, оценке эффективности термополевого активирования эмиссионной способности образцов, а также выдвижении и обосновании физической модели, описывающей зарегистрированные закономерности. Полученные в ходе работы ВАХ эмиссии оказались приблизительно экспоненциальными, что говорит о полевом механизме эмиссии. Пороговые значения макроскопической напряженности тянущего поля, соответствующие появлению эмиссионного тока имели порядок В/мкм, что позволяет говорить о низковольтной эмиссия. Следовательно, холодные a-C@nw-Si катоды могут рассматриваться как перспективные, в частности, для использования в системах спектроскопии характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ), составляя конкуренцию по энергоэффективности классическим материалам. При этом энергетические спектры эмитированных электронов имели ширину значительную ширину – порядка эВ, закономерно уменьшавшуюся с ростом температуры. Предложена модель, объясняющая наблюдаемые закономерности. Результаты работы были представлены автором на шести научных конференциях, одна из которых – с международным участием.

The work was aimed on characterization of electron emission capability of a-C@nw-Si system (i.e. carbon-coated “porous silicon” array of silicon nanowires), and on definition of its physical mechanisms. Intermediary work objectives were to measure the volt-ampere characteristics (VAC) of the emission from several samples at different temperatures, to measure the energy spectra of the emitted electrons, to evaluate the effect of thermal field activation of the emission capacity, and to propose and substantiate a physical model explaining the acquired experimental data. The acquired emission VAC turned out to be approximately exponential, which indicates a field-induced origin of the emission. The threshold values of the macroscopic field strength (corresponding to the appearance of the emission current) were of the order of V/µm, which allows us to speak about low-threshold emission. Consequently, the a-C@nw-Si cathodes can be considered promising, in particular, for use in systems of spectroscopy of characteristic electron energy losses (CEPEE), competing in energy efficiency with classical materials. At the same time, the energy spectra of the emitted electrons had a significant width, on the order of eV, which decreased with increasing temperature. A model explaining the acquired experimental data has been considered. Results of the work were presented at six scientific conferences, including an event with international participation.