ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2022. №12
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.12.9  

УДК: 621.389

 

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДА

ПРИ ХОЛОДНОЙ ПОЛЕВОЙ ЭМИССИИ

С КАТОДОВ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

 

З.Я. Косаковская 1, С.В. фон Гратовски 1, В.В. Коледов 1, В.Г. Шавров 1,

А.М. Смолович 1, А.П. Орлов 1, Jun-Ge Liang 2,3

 

1 ИРЭ им. Котельникова РАН, 125009, Россия, Москва, ул. Моховая, д. 11, стр. 7

2 Engineering Research Center of IoT Technology Applications (Ministry of Education),

Department of Electronic Engineering, Jiangnan University, 214122, China, Wuxi

3 School of Electronic Science and Engineering, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, 210093, China, Nanjing

 

Статья поступила в редакцию 30 декабря 2022 г.

 

Аннотация. Изучалась проводимость эмиттерного участка цепи нанодиода с эмиттером из индивидуальной закрытой углеродной нанотрубки (УНТ) и массивов закрытых УНТ. Наблюдались высокие значения холодной полевой эмиссии, а также нелинейность и аномалии вольт-амперной характеристики (ВАХ), проявляющиеся в виде пиков при малых и больших значениях тока. Пики на ВАХ обладают отчетливыми областями отрицательной дифференциальной проводимости. Аномально высокие токи на ВАХ холодной полевой эмиссии электронов с наноэмиттера из закрытых УНТ могут быть связаны с резким увеличением плотности состояний электронов при энергиях вблизи особенности Ван Хова.

Ключевые слова: углеродные нанотрубки (УНТ), холодная полевая эмиссия электронов, закон Фаулера-Нордгейма (Ф-Н), вольт-амперная характеристика, ВАХ, острийные катоды, отрицательная дифференциальная проводимость, особенности Ван Хова

Финансирование: Работа выполнена в рамках госзадания при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ),
Грант № 20-07-01062\22.

Автор для переписки: фон Гратовски Светлана Вячеславовна, svetlana.gratowski@yandex.ru

 

Литература

1. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature. 1991. V.354(6348). P.56-58.

2. Chernozatonskii L.A. Barrelenes. Tubelenes – A new class of cage carbon molecules and its solids. Physics Letters A. 1992. V.166. №1. P.55-60.

3. Косаковская З.Я., Чернозатонский Л.А., Федоров Е.А. Нановолоконная углеродная структура. Письма в ЖЭТФ. 1992. Т.56. №1. С.26-30.

4. Bethune D.S., Kiang C.H., De Vries M.S., Gorman G., Savoy R., Vazquez J., Beyers R. Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls. Nature. 1993. V.363. №6430. P.605-607.

5. Iijima S., Ichihashi T. Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Nature. 1993. V.363. №6430. P.603-605.

6. Chernozatonskii L.A., Gulyaev Y.V., Kosakovskaja Z.J., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Zakharchenko Y.F., Val'chuk V.P. Electron field emission from nanofilament carbon films. Chemical Physics Letters. 1995. V.233. №1-2. P.63-68.

7. Елецкий А.В. Холодные полевые эмиттеры на основе углеродных нанотрубок. Успехи физических наук. 2010. Т.180. №9. С.897-930.

8. Эйдельман Е.Д., Архипов А.В. Полевая эмиссия из углеродных наноструктур: модели и эксперимент. Успехи физических наук. 2020. Т.190. №7. С.693-714.

9. Томилин О.Б., Родионова Е.В., Родин Е.А. Механизм полевой эмиссии электронов в одностенных углеродных нанотрубках. Журнал физической химии. 2020. Т.94. №8. С.1242-1247.

10. Томилин О.Б., Родионова Е.В., Родин Е.А. Исследование устойчивости модели полевой эмиссии электронов из углеродных нанотрубок к изменению их геометрических параметров. Журнал физической химии. 2021. Т.95. №9. С.1396-1398.

11. Томилин О.Б., Родионова Е.В., Родин Е.А., Поклонский Н.А., Аникеев И.И., Раткевич С.В. Зависимость энергии эмиссионных молекулярных орбиталей в коротких открытых углеродных нанотрубках от электрического поля. Физика твердого тела. 2022. Т.64. №3. С.359-363.

12. Елецкий А.В. Транспортные свойства углеродных нанотрубок. Успехи физических наук. 2009. Т.179. №3. С.225-242.

13. Li H., Lu W.G., Li J.J., Bai X.D., Gu C.Z. Multichannel ballistic transport in multiwall carbon nanotubes. Physical review letters. 2005. V.95. №8. P.086601.

14. Huo C., Liang F., Sun A.B. Review on development of carbon nanotube field emission cathode for space propulsion systems. High Voltage. 2020. V.5. №4. P.409-415.

15. Соминский Г.Г., Тумарева Т.А. Перспективные полевые эмиттеры из углеродных нанотрубок, графена и полупроводников: последние разработки. Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2015. Т.23. №2. С.74-93.

16. Milne W.I., Teo K.B.K., Amaratunga G.A.J., Legagneux P., Gangloff L., Schnell J.P., Groening O. Carbon nanotubes as field emission sources. Journal of Materials Chemistry. 2004. V.14. №6. P.933-943.

17. Zou R., Hu J., Song Y., Wang N., Chen H., Chen H., Chen Z. Carbon nanotubes as field emitter. Journal of Nanoscience and nanotechnology. 2010. V.10. №12. P.7876-7896.

18. Солдатов Е.С., Колесов В.В. Одноэлектроника: прошлое, настоящее, будущее. Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2012. Т.4. №2. С.71-90.

19. Shingaya Y., Nakayama T., Aono M. Carbon nanotube tip for scanning tunneling microscopy. Physica B: Condensed Matter. 2002. V.323. №1-4. P.153-155.

20. Wilson N.R., Macpherson J.V. Carbon nanotube tips for atomic force microscopy. Nature nanotechnology. 2009. V.4. №8. P.483-491.

21. Kim S.J. Измерители вакуума, использующие эмиттеры из углеродных нанотруб. Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. №14. С.34-39.

22. Fowler R.H., Nordheim L. Electron emission in intense electric fields. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 1928. V.119. №781. P.173-181.

23. Forbes R.G. Field emission: New theory for the derivation of emission area from a Fowler-Nordheim plot. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 1999. V.17. №2. P.526-533.

24. Liang S.D., Chen L. Generalized Fowler-Nordheim theory of field emission of carbon nanotubes. Physical Review Letters. 2008. V.101. №2. P.027602.

25. Jensen K.L. Electron emission theory and its application: Fowler-Nordheim equation and beyond. Journal of vacuum science & technology B: microelectronics and nanometer structures processing, measurement, and phenomena. 2003. V.21. №4. P.1528-1544.

26. Lepetit B. Electronic field emission models beyond the Fowler-Nordheim one. Journal of Applied Physics. 2017. V.122. №21. P.215105.

27. Vul A., et al. A model of field emission from carbon nanotubes decorated by nanodiamonds. Advanced Science Letters. 2010. V.3. №2. P.110-116.

28. Katkov V.L., Osipov V.A. Energy distributions of field emitted electrons from carbon nanosheets: Manifestation of the quantum size effect. JETP letters. 2009. V.90. №4. P.278-283.

29. Косаковский Г.Г., Латышев Ю.И., Благов Е.В., Косаковская З.Я., Орлов А.П., Смолович А.М. Низковольтная полевая эмиссия с углеродных нанотрубных катодов. Нелинейный мир. 2013. Т.11. №2. С.087-089.

30. Далидчик Ф.И., Балашов Е.М., Гришин М.В., Ковалевский С.А., Колченко Н.Н. Сканирующая туннельная спектроскопия взаимодействующих низкоразмерных углеродных наноструктур. Российский химический журнал. 2005. Т.159. №3. С.98-104.

31. Nasibulin A.G., Pikhitsa P.V., Jiang. H., Brown D.P., Krasheninnikov A.V., Anisimov A.S., Kauppinen E.I. A novel hybrid carbon material. Nature Nanotechnology. 2007. V.2. №3. P.156-161.

Для цитирования:

Косаковская З.Я., фон Гратовски С.В., Коледов В.В., Шавров В.Г., Смолович А.М., Орлов А.П., Jun-Ge Liang. Особенности переноса заряда при холодной полевой эмиссии с катодов из углеродных нанотрубок. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.12.9