Field-emission Properties of Ni-C Nanocomposite Films

Abstract

Field-emission properties of Ni-C nanocomposite thin films were experimentally studied. The films were deposited at Si substrates using CVD technique with a metalloorganic precursor and were composed by nm-scale grains of metallic Ni bounded with a carbonic weakly-conducting matrix. In the samples with lower effective thickness, the Ni particles were separated from each other. Such films showed capability of facilitated emission with threshold field values as low as a few V/μm. Thicker coating samples, with metallic particle merged in a conductive layer, required annealing at 470-600 °С in vacuum to produce low-field emission current. The observed emission behavior agrees with the previously proposed model considering low-field emission from nanostructured carbonic materials as a multi-stage process involving generation of hot electrons at interface boundaries.

Были исследованы автоэмиссионные свойства тонких пленок никель-углеродного нанокомпозита. Пленки наносились на кремниевые подложки методом химического осаждения с использованием металлорганического прекурсора. Их структура включала в себя наноразмерные зерна металлического никеля, связанные слабопроводящей углеродосодержащей матрицей. В случае покрытий малой эффективной толщины, частицы никеля были отделены друг от друга. Такие пленки демонстрировали способность к низковольтной эмиссии в полях с напряженностью от нескольких В/мкм. В более толстых покрытиях металлические частицы образовывали единый электропроводящий слой. В этом случае для наблюдения низковольтной эмиссии требовался отжиг образцов в вакууме при 470-600 °С. Наблюдавшиеся закономерности эмиссии согласуются с предлагавшейся ранее моделью, которая рассматривает низковольтную эмиссию из наноуглеродных материалов как многостадийный процесс с участием горячих электронов, образующихся на внутренних междоменных границах.