カーボンナノチューブ貼り付けエミッターからの電界電子放出に対する界面電子輸送の影響

カーボンナノチューブ（CNT）からの電界電子放出の前には、カソード金属から排出部位への電子の輸送が先行します。具体的には、CNT貼り付けエミッターのカソード金属への接着に不可欠なサポート層は、その作業機能と界面の電子輸送挙動に応じて、潜在的な障壁を課します。この論文では、信頼できるCNTペーストエミッターに採用されているコバール合金（Fe-Ni-Co）カソード基板に反応した炭化シリコンとニッケルナノ粒子の支持層を調査しました。X線回折、X線光電子分光法、紫外線光電子分光法、および電気伝導性測定は、コバール金属上の炭化シリコンとニッケルナノ粒子の反応が強く依存していることを示しました。拡散誘発反応（DIR）および拡散制限反応（DLR）の手順。750°Cでの長期アニーリングは、800°Cで5分間のCNT貼り付けエミッターの主なアニーリングの前に5時間5時間前に5分間のアニーリングが、NIのサイカイド相と界面電子輸送の潜在的な障壁をより低くするDIRにつながり、結果として生じます。CNT貼り付けエミッターからの温度依存性電界電子放出が増加し、弱く依存します。一方、CNT貼り付けエミッターのメインアニールのみを800°Cで5分間のDLRは、電子輸送のより高い潜在的障壁を生み出し、非常に低く強力な温度依存の電界電子放出を引き起こしました。CNTペーストエミッターのDIRおよびDLRメカニズムの界面電子輸送の結果から、我々は、最大400°Cの中程度の範囲のCNTチップからの電界電子放出の周囲温度依存性は、主に主に重要であると結論付けました。本質的な電子放出ではなく、CNTエミッターの支持層に起因します。

Field electron emission from carbon nanotubes (CNT) is preceded by the transport of electrons from the cathode metal to emission sites. Specifically, a supporting layer indispensable for adhesion of CNT paste emitters onto the cathode metal would impose a potential barrier, depending on its work function and interfacial electron transport behaviors. In this paper, we investigated the supporting layer of silicon carbide and nickel nanoparticles reacted onto a Kovar alloy (Fe-Ni-Co) cathode substrate, which has been adopted for reliable CNT paste emitters. The X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet photoelectron spectroscopy, and electrical conductivity measurements showed that the reaction of silicon carbide and nickel nanoparticles on the Kovar metal strongly depends upon the post-vacuum-annealing conditions and can be classified into two procedures of a diffusion-induced reaction (DIR) and a diffusion-limited reaction (DLR). The prolonged annealing at 750 °C for 5 h before the main annealing of the CNT paste emitters at 800 °C for 5 min led to the DIR that has enhanced the Ni silicide phase and a lower potential barrier for the interfacial electron transport, resulting in increased and weakly temperature-dependent field electron emission from the CNT paste emitters. On the other hand, the DLR with only the main anneal of the CNT paste emitters at 800 °C for 5 min gave rise to a higher potential barrier for the electron transport and so lower and strongly temperature-dependent field electron emission. From the results of the interfacial electron transport for the DIR and DLR mechanisms in the CNT paste emitters, we concluded that the ambient temperature dependency of field electron emission from CNT tips in the moderate range of up to 400 °C, still controversial, is mainly attributed to the supporting layer of the CNT emitter rather than its intrinsic electron emission.