Nanostructured SiC as a promising material for the cold electron emitters

• Veröffentlicht in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Datum: 2021
• Hauptverfasser: Goriachko, A.M., Strikha, M.V.
• Format: Artikel
• Sprache: Englisch
• Veröffentlicht: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2021
• Schlagworte: Semiconductor physics
• Online Zugang: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/216303
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Zitieren: Nanostructured SiC as a promising material for the cold electron emitters / A.M. Goriachko, M.V. Strikha // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2021. — Т. 24, № 4. — С. 355-361. — Бібліогр.: 16 назв. — англ.

In this paper, novel cold electron emitters based on nanostructured SiC layers covering the Si(001) substrate have been proposed. Their main advantage is an extremely simple, cost-effective manufacturing process based on standard microelectronics-grade silicon wafers, with no ultra-high vacuum required and no complicated chemical deposition processes or toxic chemicals involved. It integrates within a single technological step both the SiC growth and nanostructuring of the surface in the form of nanosized protrusions, which is extremely beneficial for cathode applications. A simple mathematical model predicts field emission current densities and turn-on electric fields, which would allow practical device applications. According to our estimations, emission currents in the milli-Amp range can be harvested from one square centimeter of the cathode surface with an electric field close to 10⁷ V/m. So, the nanostructured SiC can be a promising material for the cold electron emitters. У цій роботі запропоновано нові холодні польові електронні емітери на основі наноструктурованих шарів SiC на підкладці Si(001). Їхньою головною перевагою є надзвичайно простий і низьковитратний процес виготовлення на стандартних кремнієвих пластинах, що використовуються у мікроелектроніці. Він поєднує в одному простому кроці як вирощування SiC, так і наноструктурування поверхні у формі нанорозмірних голок, які є надзвичайно вигідними з погляду застосування у катодах. При цьому не потрібно ні надвисокого вакууму, ні складного процесу хімічного осадження з використанням токсичних хімічних речовин. Проста математична модель передбачає густини струмів емісії та порогові значення електричних полів, які дозволяють практичне застосування таких пристроїв. Згідно з нашими оцінками, для порогового поля порядку 4,5×10⁷ В/м можуть бути отримані емісійні струми з поверхні катода порядку міліамперів на квадратний сантиметр. Таким чином, наноструктурований SiC може бути перспективним матеріалом для холодних електронних емітерів.