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.

перейти к началу страницы