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Electron field emitters fabricated by conformal coating of ultra-small-grain diamonds on silicon nano-tips

鄭秀鳳  
【摘要】:正The cold cathode electron emitters of nanostructured materials,such as diamond,silicon nanotips(SiNT) or nanowires(SiNW),carbon nanotubes(CNT),etc.,have been widely investigated for their potential for the use of vacuum microelectronic devices.Diamond is known for its high field emission properties due to the negative electron affinity(NEA) and many other excellent properties. Ultra-nanocrystalline diamond(UNCD) possesses even better electron field emission(EFE) performances owing to the abundance of grain boundaries.In this work,we report a uniform growth of UNCD on SiNT at low temperature by without heating the substrate prior or during the growth process,which was carried out after using a novel nucleation technique to create the nucleation sites on SiNT,and thereby enhanced EFE properties.In summary,the SiNT with turn-on field,(E_0)_(SiNT)= 5.3 W/μm and current density,(J_e)_(SiNT) = 0.53 mA/cm~2 at an applied field of 15 V/μm was used as template for fabricating UNCD field emitter tips. The new nucleation(UN_D) process has been successfully developed to create the nucleation sites on the tips by without deteriorating its structure and properties.The UN_D process further helped the conformal growth of sub-two nanometer UNCD grains(c-diamond) on the nanotips at low temperature and achieved very high EFE performance.The UNCD field emitters with superior EFE performance to other diamond-based field emitters were thus fabricated on SiNT templates.

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