2.2. Көміртекті нанотүтікшелердің автоэлектронды эмиссиясын эксперименталды зерттеу
2.2.1. Дара көміртекті нанотүтікшелердің автоэлектронды эмиссиясы
Дара көміртекті нанотүтікшелердің эмиссиондық қасиеттерін зерттеу екі әдіспен жасалды. Бірінші әдісте, эмиттерді бойлай қозғала алатын және зерттелуші нанотүтікшеге қарама-қарсы орналасатын кішкентай анод пен өткізгіш подложкаға наноситься етілетін, сирек көміртекті нанотүтікшелерден тұратын қабаттар қолданылады [45-48]. Екінші әдісте дара нанотүтікше вольфрам остриеге монтировалась, ал анод нанотүтікшеге қарама-қарсы орналасты [49,50].
Дж. М. Бонард және басқалар [45,46] ыстық жіппен газдық фазадан химиялық тұндыру жолымен алынған нанотүтікшелерді зерттеді. Нанотүтікшелердің радиус диапазоны r = 5 – 10 нм, ал ұзындығы l = 0.5 – 4.5 мкм. Зерттеу растрлы электронды микроскоп (РЭМ) камерасында жүргізіліп, анод пен зерттелуші түтікшенің өзара орналасуы визуалды түрде жасалды ( бірінші әдіс). Вольтамперлік қасиеттері ( сурет 2.2.1) Фаулер-Нордгейм теңдеуімен сипатталды, максимал ток 2 – 9 мкА, содан кейін нанотүтікше жойылды.
Сурет 2.2.1. Фаулер-Нордгейм моделі бойынша аппроксимациясымен бірге жасалған эксперименталды вольтамперлік сипаттама, последовательный сопротивлениесі R = 5MΩ. β= 110±20, S = 3∙10-15 м2 [46].
У.Милн және басқалар плазмамен күшейтілген газдық фазадан химиялық тұндыру жолымен өсірілген нанотүтікшелердің эмиссиондық қасиеттерін зерттеді. Нанотүтікшелердің диаметрі 50 – 60нм,ал биіктігі h =5мкм болды. Олар бір-бірінен алыс қашықтықта өсірілді. Өлшеулер диаметрі нанотүтікшелердің өзара қашықтығынан аз кішкентай аноды бар вакуумдық камерада жүргізілді. Вольтамперлік қасиеттерді өлшеуден бұрын анодты улгі бойымен тұрақты кернеу жағдайында сканерледі, қандай да бір нанотүтікшеге қарама-қарсы анодтың орналасуы эмиссиондық токтың максимумына сәйкес келді ( бірінші әдіс). Орташа электр өрісі ~25В/мкм болғанда осындай типті нанотүтікшелерден алынған максимал эмиссиялық ток 10÷20 мкА.
Н.де Джонт және басқалар [49] радиусы r=1 – 4нм,ұзындығы H= 25 – 110нм болатын, ГФХТ әдісімен өсірілген жіңішке көміртекті нанотүтікшелерді зерттеген. Нанотүтікшелер вольфрам остриеге наноманипулятормен жабдықталған растрлы электронды микроскопта монтировались (екінші әдіс). Максимал эмиссиялық ток 1 мкА аз болды. Вольтамперлік қасиеттердің және автоэлектронды эмиссияның энергетикалық спектрлерінің анализі нанотүтікшелердің шығу жұмысын анықтауға мүмкіндік берді, ол φ ≈5,1эВ .
[50] жұмыста дара көміртекті нанотүтікшелердің эмиссиондық қасиеттері өткізгіш электронды микроскопта (ПЭМ) зерттелді. Диаметрі 30 – 60 нм көпқабырғалы нанотүтікшелер жоғары жиілікті плазмамен күшейтілген ГФХТ әдісімен өсірілген болатын. Олар вольфрам иненің ұшында монтировались. Алтын анод нанотүтікшенің ұшынан бірнеше жүз нм қашықтықта орналастырылды. Осы зерттеулер барысында дара нанотүтікшелерден алынған максимал эмиссиялық ток 10 – 15мкА.
Осылайша дара көміртекті нанотүтікшелер негізінде эмиссиялық тогы 10 – 20мкА жететін эмиттерлер алуға болады. Мұндай эмиттерлер үшін диаметрі кем дегенде 20 – 30нм көпқабырғалы нанотүтікшелерді қолданған предпочтительно.