Новости науки 05.02.02. Когда графит лучше алмаза.
Мы уже рассказывали о том, что одним из применений углеродных нанотрубок
является их использование в автоэмиссионных катодах (
в рентгеновских установках , для плоских экранов мониторов , в электронных микроскопах
и т.д.); такие катоды (нанотрубки, выращенные на проводящих подложках)
отличаются малым весом, компактностью и экологической безопасностью.
Однако не только нанотрубки, но и более традиционные формы углерода
пытаются найти себя в роли катодов.
Алмазные пленки давно рассматривались в качестве перспективного
материала для электронной эмиссии вследствие присущего их поверхности
отрицательного сродства к электрону. Это свойство позволяет снизить
пороговую напряженность электрического поля, при которой возникает
полевая эмиссия электронов, с 103 - 104 В/мкм,
что характерно для металлов и полупроводников, до 1 - 10 В/мкм.
Но для получения стабильной эмиссии полевой катод должен быть изготовлен
из материала с достаточно высокой электронной проводимостью, что
пока недоступно современным алмазным технологиям.
Однако алмазная структура не является обязательным условием для
создания эффективных углеродных полевых эмиттеров. Также полевая
эмиссия наблюдается и для графита, а в последние годы, как уже говорилось,
активно исследуется полевая эмиссия в углеродных нанотрубках. В
ряде уже реализованных эмиссионных катодов на основе графитообразных
материалах достигаются более высокие плотности эмиссионного тока
при более низких пороговых напряжениях, чем в алмазных катодах.
К тому же надо учитывать, что синтез неалмазных материалов - более
простая задача.
Недавно группа ученых из МГУ провела сравнительное исследование
эмиссионных, структурных и других особенностей углеродных пленок,
полученных методом химического осаждения из газовой фазы. Они установили,
что среди различных углеродных материалов (от поликристаллического
алмаза до графита), полученных с помощью одного и того же метода,
наилучшими автоэмиссионными параметрами обладают графитоподобные
пленки (пороговое значение напряженности электрического поля - 1.5
В/мкм, плотность эмиссионного тока составляла 1 мА/см2
уже при напряженности 4 В/мкм). Исследованные пленки состоят из
пластинчатых кристаллитов графита, ориентированных таким образом,
что графитные базисные плоскости параллельны поверхности подложки.
В результате на поверхности катода образуется слой атомов с модифицированной
электронной конфигурацией, что существенно снижает работу выхода
для электронов, повышая эффективность полевой эмиссии.
|