Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2024, выпуск 6 » Статья стр. 948
<<<>>>
Структурные и автоэмиссионные свойства эффективных нанокомпозитных катодов УНТ@TiO2
Чумак М.А.1, Попов Е.О.1, Филиппов С.В.1, Колосько А.Г.1, Жижин Е.В.2, Королёв А.В.2, Филатов Л.А.3, Ежов И.С.3, Максимов М.Ю.3
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
3Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
Email: equilibrium2027@yandex.ru.
Поступила в редакцию: 14 марта 2024 г.
В окончательной редакции: 24 апреля 2024 г.
Принята к печати: 25 апреля 2024 г.
Выставление онлайн: 31 мая 2024 г.
PDF версия
Представлено комплексное исследование состава и полевых эмиссионных свойств автоэмиссионных катодов на основе нанокомпозитов "ядро-оболочка" УНТ@TiO2. Покрытия массивами вертикальных углеродных нанотрубок (УНТ) изготовлены плазмохимическим методом на кремниевых подложках c Ni-катализатором, а тонкие слои TiO2 последующим атомно-слоевым осаждением. Обнаружено, что работа выхода материала покрытия с исходным массивом УНТ составила 4.98 eV, для случая УНТ@TiO2 она приняла значения 4.29 и 3.82 eV при толщине оксида 3 и 6 nm соответственно. Разработанная методика сравнения эмиссионных характеристик показала, что снижение работы выхода структур с УНТ@TiO2 сопровождалось снижением локальных электрических полей на остриях. Катод с массивами УНТ@TiO2 (6 nm) для обеспечения плотности тока эмиссии 1 mA/cm2 потребовал наименьшее в группе образцов электрическое поле - около 5·109 V/m. Это в 1.6 раза меньше, чем для аналогичного образца с массивом из "чистых" УНТ. Средние значения эффективного коэффициента усиления поля имели тенденцию к уменьшению при переходе от УНТ к УНТ@TiO2, вероятно, обусловленную увеличением радиуса кривизны трубчатых наночастиц при нанесении дополнительного слоя. Модификация оксидным покрытием привела к увеличению эффективной площади эмиссии катода. Ключевые слова: полевая эмиссия, нанокомпозит, массив углеродных нанотрубок, тонкие пленки TiO2, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, атомно-слоевое осаждение, плазмохимическое осаждение, работа выхода.
  1. N.L. Rupesinghe, M. Chhowalla, K.B.K. Teo, G.A.J. Amaratunga. J. Vacuum Sci. Technol. B, 21 (1), 338 (2003). DOI: 10.1116/1.1527635
  2. R. Rosen, W. Simendinger, C. Debbault, H. Shimoda, L. Fleming, B. Stoner, O. Zhou. Appl. Phys. Lett., 76 (13), 1668 (2000). DOI: 10.1063/1.126130
  3. G. Z. Yue, Q. Qiu, B. Gao, Y. Cheng, J. Zhang, H. Shimoda, J.P. Lu, O. Zhou. Appl. Phys. Lett., 81 (2), 355 (2002). DOI: 10.1063/1.1492305
  4. J.W. Jeong, J.W. Kim, J.T. Kang, S. Choi, S. Ahn, Y.H. Song. Nanotechnology, 24 (8), 085201 (2013). DOI: 10.1088/0957-4484/24/8/085201
  5. S.H. Heo, A. Ihsan, S.O. Cho. Appl. Phys. Lett., 90 (18), 183109 (2007). DOI: 10.1063/1.2735549
  6. S.H. Heo, H.J. Kim, J.M. Ha, S.O. Cho. Nanoscale Res. Lett., 7, 1 (2012). DOI: 10.1186/1556-276X-7-258
  7. N.S. Lee, D.S. Chung, J.H. Kang, H.Y. Kim, S.H. Park, Y.W. Jin, J.M. Kim. Jpn. J. Appl. Phys., 39 (12S), 7154 (2000). DOI: 10.1143/JJAP.39.7154
  8. K. Jiang. Industrial Applications Carbon Nanotubes, 101 (2017). DOI: 10.1016/B978-0-323-41481-4.00004-6
  9. W. Knapp, D. Schleussner, A.S. Baturin, I.N. Yeskin, E.P. Sheshin. Vacuum, 69 (1-3), 339 (2002). DOI: 10.1016/S0042-207X(02)00355-X
  10. E.P. Sheshin, A.Y. Kolodyazhnyj, N.N. Chadaev, A.O. Getman, M.I. Danilkin, D.I. Ozol. J. Vacuum Sci. Technol. B, 37 (3), 031213 (2019). DOI: 10.1116/1.5070108
  11. S.T. Yoo, J.Y. Lee, A. Rodiansyah, T.Y. Yune, K.C. Park. Current Appl. Phys., 28, 93 (2021). DOI: 10.1016/j.cap.2021.05.007
  12. Z. Wen, Y. Wu, Z. Zhang, S. Xu, S. Huang, Y. Li. Sensors and Actuators A: Physical,  103 (3), 301 (2003). DOI: 10.1016/S0924-4247(02)00392-8
  13. S. Kang, W. Qian, R. Liu, H. Yu, W. Zhu, X. Liao, F. Wang, W. Huang, Ch. Dong. Vacuum,  207, 111663 (2023). DOI: 10.1016/j.vacuum.2022.111663
  14. Y. Kanazawa, T. Oyama, K. Murakami, M. Takai. J. Vacuum Sci. Technol. B,  22 (3), 1342 (2004). DOI: 10.1116/1.1667518
  15. A. Sawada, M. Iriguchi, W.J. Zhao, C. Ochiai, M. Takai. J. Vacuum Sci. Technol. B,  21 (1), 362 (2003). DOI: 10.1116/1.1527597
  16. G. Chai, L. Chow, D. Zhou, S.R. Byahut. Carbon,  43 (10), 2083 (2005). DOI: 10.1016/j.carbon.2005.03.009
  17. D.H. Kim, C.D. Kim, H.R. Lee. Carbon, 42 (8-9), 1807 (2004). DOI: 10.1016/j.carbon.2004.03.015
  18. J.D. Hwang, K.F. Chen, L.H. Chan, Y.Y. Chang. Appl. Рhys. Lett.,  89 (3), 033103 (2006). DOI: 10.1063/1.2222337
  19. J.Y. Pan, C.C. Zhu, Y.L. Gao. Appl. Surf. Sci., 254 (13), 3787 (2008). DOI: 10.1016/j.apsusc.2007.12.002
  20. X. Yan, B.K. Tay, P. Miele. Carbon, 46 (5), 753 (2008). DOI: 10.1016/j.carbon.2008.01.027
  21. S. Chakrabarti, L. Pan, H. Tanaka, S. Hokushin, Y. Nakayama. Jpn. J. Appl. Phys., 46 (7R), 4364 (2007). DOI: 10.1143/JJAP.46.4364
  22. C. Yang, Y. Li-Gang, W. Ming-Sheng, Z. Qi-Feng, W. Jin-Lei. Chin. Phys. Lett., 22 (4), 911 (2005). DOI: 10.1088/0256-307X/22/4/037
  23. H.B. Lian, K.Y. Lee, K.Y. Chen, Y.S. Huang. Diamond and Related Materials, 18 (2-3), 541-543 (2009). DOI: 10.1016/j.diamond.2008.10.054
  24. C.A. Chen, K.Y. Lee, Y.M. Chen, J.G. Chi, S.S. Lin, Y.S. Huang. Vacuum, 84 (12), 1427 (2010). DOI: 10.1016/j.vacuum.2009.12.016
  25. M. Sreekanth, S. Ghosh, P. Srivastava. arXiv (2018). arXiv preprint. DOI: 10.48550/arXiv.1811.10951
  26. C.J. Yang, J.I. Park, Y.R. Cho. Adv. Eng. Mater., 9 (1-2), 88 (2007). DOI: 10.1002/adem.200600003
  27. Y.M. Chen, C.A. Chen, Y.S. Huang, K.Y. Lee, K.K. Tiong. Nanotechnology, 21 (3), 035702 (2009). DOI: 10.1088/0957-4484/21/3/035702
  28. Y.M. Chen, C.A. Chen, Y.S. Huang, K.Y. Lee, K.K. Tiong. J. Alloys and Compounds, 487 (1-2), 659 (2009). DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.07.181
  29. Y. Il Song, C.M. Yang, L. Ku Kwac, H. Gun Kim, Y. Ahm Kim. Appl. Phys. Lett., 99 (15), 153115 (2011). DOI: 10.1063/1.3650471
  30. J. Xu, P. Xu, W. Ou-Yang, X. Chen, P. Guo, J. Li, X. Piao, M. Wang, Z. Sun. Appl. Phys. Lett., 106 (7), 073501 (2015). DOI: 10.1063/1.4909552
  31. M.M. Raza, M. Sadiq, S. Khan, M. Zulfequar, M. Husain, S. Husain, J. Ali. Diamond and Related Mater., 110, 108139 (2020). DOI: 10.1016/j.diamond.2020.108139
  32. P.H. Chen, Y.S. Huang, W.J. Su, K.Y. Lee, K.K. Tiong. Mater. Chem. Phys., 143 (3), 1378 (2014). DOI: 10.1016/j.matchemphys.2013.11.049
  33. R. Smoluchowski. Phys. Rev., 60 (9), 661 (1941). DOI: 10.1103/PhysRev.60.661
  34. W. Li, D.Y. Li. J. Chem. Phys., 122 (6), 064708 (2005). DOI: 10.1063/1.1849135
  35. R.W. Strayer, W. Mackie, L.W. Swanson. Surface Sci., 34 (2), 225 (1973). DOI: 10.1016/0039-6028(73)90117-9
  36. A. Jablonski, K. Wandelt. Surface Interface Analysis, 17 (9), 611 (1991). DOI: 10.1002/sia.740170902
  37. M.T. Greiner, L. Chai, M.G. Helander, W.M. Tang, Z.H. Lu. Adv. Functional Mater., 22 (21), 4557 (2012). DOI: 10.1002/adfm.201200615
  38. S. Lany, J. Osorio-Guillen, A. Zunger. Phys. Rev. B, 75 (24), 241203 (2007). DOI: 10.1103/PhysRevB.75.241203
  39. M.T. Greiner, M.G. Helander, Z.B. Wang, W.M. Tang, Z.H. Lu. J. Phys. Chem. C, 114 (46), 19777 (2010). DOI: 10.1021/jp108281m
  40. L. Filatov, P. Vishniakov, I. Ezhov, I. Gorbov, D. Nazarov, D. Olkhovskii, R. Kumar, S. Peng, G. He, V. Chernyavsky, M. Gushchina, M. Maximov. Mater. Lett., 353, 135250 (2023). DOI: 10.1016/j.matlet.2023.135250
  41. M.A. Chumak, A.A. Rokacheva, L.A. Filatov, A.G. Kolosko, S.V. Filippov, E.O. Popov. J. Phys.: Conf. Series. --- IOP Publishing, 2103 (1), 012110 (2021). DOI: 10.1088/1742-6596/2103/1/012110
  42. R. Schlaf, H. Murata, Z.H. Kafafi. J. Electron Spectr. Related Phenomena, 120 (1-3), 149 (2001). DOI: 10.1016/S0368-2048(01)00310-3
  43. E.O. Popov, A.G. Kolosko, S.V. Filippov, E.I. Terukov, R.M. Ryazanov, E.P. Kitsyuk. J. Vacuum Sci. Technol. B, 38 (4), 043203 (2020). DOI: 10.1116/6.0000072
  44. M. Scardamaglia, M. Amati, B. Llorente, P. Mudimela, J.F. Colomer, J. Ghijsen, C. Ewels, R. Snyders, L. Gregoratti, C. Bittencourt. Carbon, 77, 319 (2014). DOI: 10.1016/j.carbon.2014.05.035
  45. T.I.T. Okpalugo, P. Papakonstantinou, H. Murphy, J. McLaughlin, N.M.D. Brown. Carbon, 43 (1), 153 (2005). DOI: 10.1016/j.carbon.2004.08.033
  46. Y.M. Shulga, T. Ta-Chang, H. Chi-Chen, L. Shen-Chuan, V.E. Muradyan, N.F. Polyakova, L. Yong-Chien. Альтернативная энергетика и экология, 10, 40 (2006)
  47. A. Kemelbay, A. Tikhonov, S. Aloni, T.R. Kuykendall. Nanomaterials, 9 (8), 1085 (2019). DOI: 10.3390/nano9081085
  48. A. Dobrzanska-Danikiewicz, D. ukowiec, J. Kubacki. J. Nanomaterials, 2016. DOI: 10.1155/2016/4942398
  49. X. Chen, L. Liu, Z. Liu, M.A. Marcus, W.C. Wang, N.A. Oyler, M.E. Grass, B. Mao, P.-A. Glans, P.Y. Yu, J. Guo, S.S. Mao. Scientific Reports, 3 (1), 1510 (2013). DOI: 10.1038/srep01510
  50. R. Kumari, P.K. Tyagi, N.K. Puri. Appl. Phys. A, 124, 1 (2018). DOI: 10.1007/s00339-018-1850-8
  51. A. Moya, N. Kemnade, M.R. Osorio, A. Cherevan, D. Granados, D. Eder, J.J. Vilatela. J. Mater. Chem. A, 5 (47), 24695 (2017). DOI: 10.1039/C7TA08074C
  52. J. Jhaveri. Interface Recombination in TiO2/Silicon Heterojunctions for Silicon Photovoltaic Applications (Doctoral dissertation, Princeton University, 2018)
  53. V.N. Shrednik. Field Emission Theory. (Chap. 6. In Unheated Cathodes; Elinson, M.I., Ed.; Sovietskoe Radio: M., Russia, 1974), p. 165-207. (In Russian)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme