М. А. Чумак, Е. О. Попов, С. В. Филиппов, А. Г. Колосько, Е. В. Жижин, А. В. Королёв, Л. А. Филатов, И. С. Ежов, М. Ю. Максимов, “Структурные и автоэмиссионные свойства эффективных нанокомпозитных катодов УНТ@TiO$_2$”, ЖТФ, 2024, том 94, выпуск 6,страницы 948

Физическая электроника

Структурные и автоэмиссионные свойства эффективных нанокомпозитных катодов УНТ@TiO$_2$

М. А. Чумак^a, Е. О. Попов^a, С. В. Филиппов^a, А. Г. Колосько^a, Е. В. Жижин^b, А. В. Королёв^b, Л. А. Филатов^c, И. С. Ежов^c, М. Ю. Максимов^c

^a Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия
^b Санкт-Петербургский государственный университет, 199034 Санкт-Петербург, Россия
^c Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 195251 Санкт-Петербург, Россия

Аннотация: Представлено комплексное исследование состава и полевых эмиссионных свойств автоэмиссионных катодов на основе нанокомпозитов “ядро-оболочка” УНТ@TiO$_2$. Покрытия массивами вертикальных углеродных нанотрубок (УНТ) изготовлены плазмохимическим методом на кремниевых подложках c Ni-катализатором, а тонкие слои TiO$_2$ последующим атомно-слоевым осаждением. Обнаружено, что работа выхода материала покрытия с исходным массивом УНТ составила 4.98 eV, для случая УНТ@TiO$_2$ 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@TiO$_2$ сопровождалось снижением локальных электрических полей на остриях. Катод с массивами УНТ@TiO$_2$ (6 nm) для обеспечения плотности тока эмиссии 1 mA/cm$^2$ потребовал наименьшее в группе образцов электрическое поле – около 5 $\cdot$ 10$^9$ 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@TiO$_2$, 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 TiO$_2$, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, атомно-слоевое осаждение, плазмохимическое осаждение, работа выхода.

Поступила в редакцию: 14.03.2024
Исправленный вариант: 24.04.2024
Принята в печать: 25.04.2024

DOI: 10.61011/JTF.2024.06.58136.85-24