RU2149477C1 - Field-effect electron emitter - Google Patents

Field-effect electron emitter Download PDF

Info

Publication number
RU2149477C1
RU2149477C1 RU98116457/09A RU98116457A RU2149477C1 RU 2149477 C1 RU2149477 C1 RU 2149477C1 RU 98116457/09 A RU98116457/09 A RU 98116457/09A RU 98116457 A RU98116457 A RU 98116457A RU 2149477 C1 RU2149477 C1 RU 2149477C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon material
electron emitter
porous carbon
emitter
field electron
Prior art date
Application number
RU98116457/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98116457A (en
Inventor
С.К. Гордеев
А.И. Косарев
А.Н. Андронов
А.Я. Виноградов
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа "Карбид"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа "Карбид" filed Critical Акционерное общество закрытого типа "Карбид"
Priority to RU98116457/09A priority Critical patent/RU2149477C1/en
Priority to AU54135/99A priority patent/AU5413599A/en
Priority to PCT/EP1999/005324 priority patent/WO2000010190A2/en
Publication of RU98116457A publication Critical patent/RU98116457A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2149477C1 publication Critical patent/RU2149477C1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/304Field emission cathodes
    • H01J2201/30446Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453Carbon types
    • H01J2201/30457Diamond

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: emitter has two layers of carbon material placed one on top of other of which bottom one is made of porous carbon material of skeleton structure with open porosity of 35-70 volume percent. Bottom layer of emitter may be made of porous carbon material including diamond fragments measuring below 10 nm which are bonded by means of pyrocarbon matrix or of porous carbon material including nanopairs measuring 0.8-2.0 nm whose content is 20-50 volume percent. Top layer of emitter is produced by chemical plasma evaporation of hydrocarbons mixed up with hydrogen under capacitive discharge conditions at frequency of 12-100 MHz and temperature of 200-400 C. EFFECT: reduced electron emission threshold, facilitated manufacture, enlarged functional capabilities. 7 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области электронной техники, а более конкретно - устройствам для полевой эмиссии электронов. The invention relates to the field of electronic technology, and more specifically to devices for field emission of electrons.

Материалы с низким порогом полевой эмиссии электронов могут быть использованы в различных электронных устройствах в качестве эффективных катодов, например для плоских экранов дисплеев, люминесцентных ламп и т.п. Полевые эмиттеры, изготовленные из вольфрама и кремния, в том числе из острий, изготовленных из этих материалов путем травления, хорошо известны [1]. Однако для получения таких материалов и устройств из них требуется сложное оборудование. Получение больших по размеру катодов с однородными свойствами крайне затруднено. Materials with a low threshold for field emission of electrons can be used in various electronic devices as effective cathodes, for example, for flat-panel displays, fluorescent lamps, etc. Field emitters made from tungsten and silicon, including from tips made from these materials by etching, are well known [1]. However, to obtain such materials and devices from them requires sophisticated equipment. Obtaining large cathodes with uniform properties is extremely difficult.

В последние годы в качестве эмиттеров электронов предлагается использовать углеродные материалы, чаще - алмазные [2, 3]. Описанные в указанных патентах эмиттеры представляют собой двухслойный материал, включающий слой электропроводного материала и алмазный слой на его поверхности. Использование алмазных (или алмазоподобных) слоев связано с низкой работой выхода электронов из таких слоев, что обеспечивает высокую эффективность эмиссии электронов. Обычно способ изготовления эмиттера включает осаждение из газовой фазы алмазного слоя на поверхность технологической подложки, последующее осаждение из газовой фазы слоя электропроводного материала на поверхность алмазного слоя и удаление технологической подложки. Способ включает также ряд промежуточных стадий активации. Предложенные методы сложны в аппаратурном исполнении. Свойства полученных эмиттеров, а также состав электропроводящего слоя в патентах не представлены, что усложняет анализ таких технических решений. In recent years, it is proposed to use carbon materials, more often diamond materials, as emitters of electrons [2, 3]. The emitters described in these patents are a two-layer material comprising a layer of electrically conductive material and a diamond layer on its surface. The use of diamond (or diamond-like) layers is associated with a low work function of electrons from such layers, which ensures high efficiency of electron emission. Typically, a method for manufacturing an emitter involves depositing a diamond layer from the gas phase onto a surface of a process substrate, then depositing a layer of electrically conductive material from a gas phase onto a surface of a diamond layer and removing the process substrate. The method also includes a number of intermediate stages of activation. The proposed methods are complex in hardware design. The properties of the emitters obtained, as well as the composition of the electrically conductive layer are not presented in the patents, which complicates the analysis of such technical solutions.

Ближайшим решением к заявляемому выбран эмиттер, состоящий из слоя углеродного электропроводного материала, покрытого слоем алмазного материала [4] . Для получения эмиттера углеродную подложку, например - углеродные волокна, обрабатывают суспензией алмазных частиц (с размером 0.25-1 мкм) в органическом растворителе, а затем высушивают. В результате такой обработки на поверхности подложки осаждаются частицы алмаза, которые затем являются центрами роста алмазной пленки. Алмазную (или алмазоподобную) пленку получают методами плазменного или химического осаждения из углеродсодержащих газов. Полученный в результате полевой эмиттер имеет подложку с высокой электропроводностью и покрытие на ее поверхности, которое обеспечивает хорошие эмиссионные свойства за счет малой величины работы выхода электрона. The closest solution to the claimed one is an emitter consisting of a layer of carbon electrically conductive material coated with a layer of diamond material [4]. To obtain an emitter, a carbon substrate, for example, carbon fibers, is treated with a suspension of diamond particles (with a size of 0.25-1 μm) in an organic solvent, and then dried. As a result of this treatment, diamond particles are deposited on the surface of the substrate, which are then the centers of growth of the diamond film. A diamond (or diamond-like) film is obtained by plasma or chemical deposition from carbon-containing gases. The resulting field emitter has a substrate with high electrical conductivity and a coating on its surface, which provides good emission properties due to the small electron work function.

Недостатком известного решения является сложность изготовления больших и однородных эмиттеров. Это связано с тем, что отдельные стадии процесса являются трудно контролируемыми. Трудно обеспечить как равномерное осаждение алмазов на поверхность подложки из углеродных волокон, так и синтез однородной алмазной пленки на поверхности больших подложек с учетом того, что алмазные частицы в полуфабрикате распределены неоднородно. Кроме того, синтез алмазных пленок осуществляется при относительно высоких температурах (900oC), что усложняет оборудование для реализации способа.A disadvantage of the known solution is the complexity of manufacturing large and uniform emitters. This is due to the fact that the individual stages of the process are difficult to control. It is difficult to ensure both uniform deposition of diamonds on the surface of the carbon fiber substrate and the synthesis of a uniform diamond film on the surface of large substrates, given that the diamond particles in the semi-finished product are not uniformly distributed. In addition, the synthesis of diamond films is carried out at relatively high temperatures (900 o C), which complicates the equipment for implementing the method.

Задачей изобретения является создание полевого эмиттера электронов, обеспечивающего низкий порог электронной эмиссии в сочетании с упрощением технологии его изготовления и расширение диапазона применения за счет возможности получения больших и однородных эмиттеров. The objective of the invention is the creation of a field electron emitter that provides a low threshold for electron emission in combination with simplification of its manufacturing technology and the expansion of the range of application due to the possibility of obtaining large and uniform emitters.

Поставленная задача изобретения достигается тем, что полевой эмиттер электронов включает слой углеродного электропроводящего материала и осажденный на него слой углеродного материала. Электропроводящий слой выполнен из пористого углеродного материала, имеющего каркасное строение, т.е. из материала, обладающего достаточной механической прочностью и устойчивостью формы, но имеющего достаточно большую пористость. Открытая пористость такого материала от 35 до 70 об.%. Другой слой эмиттера выполнен из углеродного материала, полученного плазмохимическим осаждением в условиях емкостного разряда из смеси углеводорода или углеводородов с водородом. The object of the invention is achieved in that the field electron emitter includes a layer of carbon electrically conductive material and a layer of carbon material deposited on it. The electrically conductive layer is made of a porous carbon material having a frame structure, i.e. from a material having sufficient mechanical strength and shape stability, but having a sufficiently large porosity. The open porosity of such a material is from 35 to 70 vol.%. Another emitter layer is made of carbon material obtained by plasma-chemical deposition under the conditions of capacitive discharge from a mixture of hydrocarbon or hydrocarbons with hydrogen.

В качестве пористого углеродного материала каркасного строения может быть использован материал, в котором алмазные частицы с размером менее 10 нм связаны пироуглеродной матрицей. Получение такого материала осуществляют обработкой сформованной из алмаза (с размером частиц менее 10 нм) заготовки в среде углеводородов при температуре выше температуры их разложения. (Получение материала описано в патенте России N2093495.) Для изготовления эмиттера используют материалы, в которых отношение массы пироуглеродной матрицы к массе алмазных частиц лежит в интервале 0.08-0.50. Материалы с большим отношением сложны в изготовлении, а материалы с меньшим отношением не обладают достаточной электропроводностью для использования в эмиттерах. As a porous carbon material of a frame structure, a material can be used in which diamond particles with a size of less than 10 nm are connected by a pyrocarbon matrix. The preparation of such a material is carried out by processing a preformed diamond (with a particle size of less than 10 nm) in a hydrocarbon medium at a temperature above the temperature of their decomposition. (The preparation of the material is described in Russian patent N2093495.) For the manufacture of the emitter using materials in which the ratio of the mass of the pyrocarbon matrix to the mass of diamond particles is in the range 0.08-0.50. Materials with a high ratio are difficult to manufacture, and materials with a lower ratio do not have sufficient electrical conductivity for use in emitters.

В качестве пористого углеродного материала каркасного строения также может быть использован материал, в котором содержатся нанопоры, т.е. поры с размером 0.8-2.0 нм, объемное содержание которых составляет 20-50 об.%. Нанопоры в таких материалах сформированы за счет вытравливания металла или неметалла из ковалентных или металлоподобных карбидов путем их обработки в атмосфере хлора при повышенных температурах, т.е. за счет обработки в хлоре при температурах 300-1000oC заготовок, содержащих карбид соответствующего элемента, например, карбид кремния, карбид бора, карбид титана, карбид молибдена и т.п. При этом за счет химической реакции хлора с карбидом происходит образование газообразных хлоридов элемента и углерода каркасного строения, содержащего нанопоры. Получение таких материалов может быть осуществлено, например, по патентам России N2026735, 2089497 или аналогичными методами, когда в заготовке содержится один или несколько различных карбидов. Размер нанопор строго взаимосвязан с составом исходного карбида и для ковалентных и металлоподобных карбидов лежит в интервале 0,8-2,0 нм. Получение материалов с объемным содержанием нанопор вне указанного интервала представляет значительные технологические трудности.As a porous carbon material of a frame structure, a material that contains nanopores, i.e. pores with a size of 0.8-2.0 nm, the volumetric content of which is 20-50 vol.%. Nanopores in such materials are formed by etching a metal or nonmetal from covalent or metal-like carbides by processing them in a chlorine atmosphere at elevated temperatures, i.e. due to processing in chlorine at temperatures of 300-1000 o C preforms containing carbide of the corresponding element, for example, silicon carbide, boron carbide, titanium carbide, molybdenum carbide, etc. In this case, due to the chemical reaction of chlorine with carbide, gaseous chlorides of the element and carbon of the frame structure containing nanopores are formed. The receipt of such materials can be carried out, for example, according to Russian patents N2026735, 2089497 or similar methods, when the workpiece contains one or more different carbides. The size of nanopores is strictly interconnected with the composition of the initial carbide, and for covalent and metal-like carbides lies in the range of 0.8–2.0 nm. Obtaining materials with a volume content of nanopores outside the specified interval presents significant technological difficulties.

Верхний слой эмиттера образован путем плазмохимического осаждения углерода из смеси газообразных углеводородов или углеводорода с водородом в условиях емкостного разряда. Емкостной разряд осуществляют, например, при температурах 200-400oC при частоте разряда 12-100 МГц. Осаждение верхнего слоя возможно проводить на предварительно активированную поверхность нижнего слоя.The upper layer of the emitter is formed by plasma-chemical deposition of carbon from a mixture of gaseous hydrocarbons or hydrocarbon with hydrogen under conditions of capacitive discharge. Capacitive discharge is carried out, for example, at temperatures of 200-400 o C at a discharge frequency of 12-100 MHz. The deposition of the upper layer can be carried out on the previously activated surface of the lower layer.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что эмиттер включает в себя два слоя, различающиеся по своим физико-химическим и электрофизическим свойствам и обеспечивающим за счет этого необходимый технический эффект. Нижний слой - слой углеродного электропроводного материала - за счет своего каркасного строения обеспечивает прочность конструкции эмиттера, а за счет высокой электропроводности - равномерный перенос электронов в зону эмиссии. Кроме того, гетерогенная структура нижнего слоя, которая включает частицы алмаза и пироуглерод или углерод и нанопоры, обеспечивает высокое содержание границ раздела фаз (нанопоры здесь рассматриваются как самостоятельная фаза материала). Наличие границ раздела приводит к искажению электронных зон в прилегающих областях материала, что обусловливает уменьшение работы выхода электрона. Верхний слой представляет собой "полимероподобный" материал, широкозонный (ширина запрещенной зоны более 3 эВ), низкой электропроводностью (менее 10-12 См/см), с энергией активации проводимости 1,5-1,7 эВ, содержащий около 10 ат.%. Химически связанного водорода (концентрация C-H связей около 1023 1/см), со структурой (по спектру характеристических потерь энергии плазмона) отличной как от алмаза, так и от графита. Верхний слой эмиттера формируется из газовой фазы на поверхности высокопористых материалов с гетерогенной структурой и структура такого слоя, следует полагать, определяется во многом структурой нижнего слоя. Снижение температур получения верхнего слоя в условиях емкостного плазмохимического разряда (для большинства случаев - 200-400oC) не только упрощает технологию получения эмиттера, но и обеспечивает высокое содержание водорода в составе верхнего слоя. Наличие водорода приводит к снижению порога эмиссии в полученной двухслойной конструкции. Преимуществом использования углеродных пористых материалов и углеродного материала верхнего слоя в единой конструкции является их сходство по составу и строению - оба материала относятся к неупорядоченным углеродным материалам, в которых реализуется только ближний порядок атомов углерода. Тем самым обеспечиваются взаимное сродство материалов и формирование такой границы раздела между ними, которая обеспечивает не только высокую адгезию, но и переход электронов из нижнего слоя в верхний без высокого активационного барьера за счет формирования сильного электрического поля на границе нижнего и верхнего слоев. Перед нанесением верхнего слоя проводят активирование поверхности, например, двухстадийной обработкой, включающей обработку поверхности водородной плазмой (стадия 1) и последующую обработку в водородной плазме с низким содержанием углеводорода (стадия 2). Стадию 2 осуществляют обычно при подаче положительного потенциала (например, 50-100 В) на вспомогательной (высокочастотный) электрод. Условия активации выбирают таким образом, чтобы не происходило регистрируемого роста пленки, например скорость осаждения менее 1 нм/час. За счет такой активации формируется требуемая граница раздела между верхним и нижним слоями.The essence of the proposed technical solution is that the emitter includes two layers that differ in their physicochemical and electrophysical properties and thereby provide the necessary technical effect. The lower layer — the layer of carbon electrically conductive material — ensures the strength of the emitter structure due to its frame structure, and due to its high electrical conductivity - uniform transfer of electrons to the emission zone. In addition, the heterogeneous structure of the lower layer, which includes diamond particles and pyrocarbon or carbon and nanopores, provides a high content of phase boundaries (nanopores are considered here as an independent phase of the material). The presence of interfaces leads to a distortion of the electron bands in adjacent areas of the material, which leads to a decrease in the electron work function. The upper layer is a “polymer-like" material, wide-gap (band gap more than 3 eV), low electrical conductivity (less than 10 -12 S / cm), with a conductivity activation energy of 1.5-1.7 eV, containing about 10 at.% . Chemically bound hydrogen (the concentration of CH bonds is about 10 23 1 / cm), with a structure (according to the spectrum of characteristic plasmon energy loss) that is different from both diamond and graphite. The upper layer of the emitter is formed from the gas phase on the surface of highly porous materials with a heterogeneous structure, and the structure of such a layer should be assumed to be largely determined by the structure of the lower layer. Lowering the temperatures of obtaining the upper layer under conditions of a capacitive plasma-chemical discharge (in most cases, 200-400 o C) not only simplifies the technology for producing the emitter, but also provides a high hydrogen content in the composition of the upper layer. The presence of hydrogen leads to a decrease in the emission threshold in the resulting two-layer structure. The advantage of using carbon porous materials and the carbon material of the upper layer in a single design is their similarity in composition and structure - both materials belong to disordered carbon materials in which only short-range order of carbon atoms is realized. This ensures the mutual affinity of the materials and the formation of such an interface between them, which provides not only high adhesion, but also the transition of electrons from the lower layer to the upper without a high activation barrier due to the formation of a strong electric field at the interface between the lower and upper layers. Before applying the top layer, surface activation is carried out, for example, by a two-stage treatment, including surface treatment with hydrogen plasma (stage 1) and subsequent processing in a low-hydrocarbon hydrogen plasma (stage 2). Stage 2 is usually carried out by applying a positive potential (for example, 50-100 V) to the auxiliary (high-frequency) electrode. The activation conditions are chosen so that there is no detectable film growth, for example, a deposition rate of less than 1 nm / hour. Due to this activation, the required interface between the upper and lower layers is formed.

Необходимо отметить, что процесс изготовления заявляемого эмиттера значительно упрощен за счет возможности получения слоев с заданными размерами и формой. It should be noted that the manufacturing process of the inventive emitter is greatly simplified due to the possibility of obtaining layers with specified sizes and shapes.

Следующие примеры характеризуют сущность изобретения. The following examples characterize the invention.

Пример 1. Из порошка алмаза с размером частиц менее 10 нм формуют заготовку размером: диаметр 20 мм, высота 1 мм. Формование осуществляют без введения связующего в стальной пресс-форме при усилии 50 кН. Полученную заготовку обрабатывают при температуре 740oC в среде природного газа до тех пор, пока отношение массы синтезированного при обработке пироуглерода к массе алмаза в ней не составит 0.30. Открытая пористость материала составляет 56 об. % (пористость определена по водопоглощению после кипячения образца в воде в течение 1 часа). Затем образец помещают в вакуумный реактор, а на расстоянии 25 мм от него параллельно помещают вспомогательный (высокочастотный) электрод. Обработку образца осуществляют при температуре 225oC, давлении 0,4 Па, скорости подачи газовой смеси 27 см3/мин. Мощность высокочастотного разряда 40 Вт при частоте 56 МГц. Предварительную активацию поверхности нижнего слоя осуществляют последовательно водородом (10 мин), смесью 2 об.% гексана + 98 об.% водорода (20 мин) при подаче напряжения +40 В на вспомогательный электрод. Осаждение пленки проводят из смеси 7 об.% гексана + 93 об.% водорода (180 мин). Толщина полученной пленки после такой обработки составляет 0,7 мкм. Эмиссию электронов на полученном полевом эмиттере определяли на установке диодного типа, помещая полученный образец в качестве катода. Анодом служил титановый электрод, расположенный на расстоянии 45 мкм. Эмиссионные измерения проводили в вакууме 10-10 Торр с площади 10 мм2. За порог эмиссии принимали значение напряжения, при котором ток эмиссии равен 1нА. Порог эмиссии на изготовленном эмиттере составил 30 В или 0,7 В/мкм.Example 1. From a diamond powder with a particle size of less than 10 nm, a workpiece is formed with a size of: diameter 20 mm, height 1 mm The molding is carried out without the introduction of a binder in a steel mold with a force of 50 kN. The resulting billet is processed at a temperature of 740 o C in a natural gas environment until the ratio of the mass of pyrocarbon synthesized during processing to the mass of diamond in it is 0.30. The open porosity of the material is 56 vol. % (porosity is determined by water absorption after boiling the sample in water for 1 hour). Then the sample is placed in a vacuum reactor, and at a distance of 25 mm from it, an auxiliary (high-frequency) electrode is placed in parallel. The processing of the sample is carried out at a temperature of 225 o C, a pressure of 0.4 PA, the feed rate of the gas mixture of 27 cm 3 / min. High-frequency discharge power 40 W at a frequency of 56 MHz. The preliminary activation of the surface of the lower layer is carried out successively with hydrogen (10 min), a mixture of 2 vol.% Hexane + 98 vol.% Hydrogen (20 min) when a voltage of +40 V is applied to the auxiliary electrode. The deposition of the film is carried out from a mixture of 7 vol.% Hexane + 93 vol.% Hydrogen (180 min). The thickness of the obtained film after this treatment is 0.7 μm. Electron emission on the obtained field emitter was determined on a diode-type apparatus, placing the obtained sample as a cathode. A titanium electrode located at a distance of 45 μm served as an anode. Emission measurements were carried out in a vacuum of 10 -10 Torr with an area of 10 mm 2 . The voltage threshold at which the emission current is 1 nA was taken as the emission threshold. The emission threshold at the manufactured emitter was 30 V or 0.7 V / μm.

Пример 2. Из порошка карбида кремния с размером частиц от 2 до 40 мкм формуют заготовку: диаметр 20 мм, высота 1 мм. Формование осуществляют с введением 2 мас.% фенолформальдегидной смолы (в виде 25%-ного спиртового раствора). После отверждения смолы заготовку обрабатывают в среде природного газа при температуре 850oC до увеличения ее массы на 10%. Затем заготовку обрабатывают в хлоре при температуре 1000oC до прекращения изменения массы. Тем самым получен материал каркасного строения, имеющий открытую пористость 68 об.%. Материал имеет в своей структуре нанопоры со средним размером 0,82 нм, объемное содержание которых составляет 35 об.%. Затем на поверхности материала синтезируют верхний слой в условиях, описанных в примере 1. Порог эмиссии в изготовленном эмиттере составил 10 В или 0,22 В/мкм.Example 2. From a powder of silicon carbide with a particle size of 2 to 40 μm, a preform is formed: diameter 20 mm, height 1 mm The molding is carried out with the introduction of 2 wt.% Phenol-formaldehyde resin (in the form of a 25% alcohol solution). After curing the resin, the workpiece is processed in a natural gas environment at a temperature of 850 o C to increase its mass by 10%. Then the workpiece is treated in chlorine at a temperature of 1000 o C until the termination of the change in mass. Thereby, a frame structure material having an open porosity of 68% by volume was obtained. The material has in its structure nanopores with an average size of 0.82 nm, the volume content of which is 35 vol.%. Then, the upper layer is synthesized on the surface of the material under the conditions described in example 1. The emission threshold in the manufactured emitter was 10 V or 0.22 V / μm.

Пример 3 (сравнительный). Пример осуществляли аналогично примеру 1 в части получения верхнего слоя, но в качестве подложки использовали монокристаллический кремний. Порог эмиссии составил 40 В или 0.9 В/мкм. Example 3 (comparative). The example was carried out analogously to example 1 in terms of obtaining the upper layer, but monocrystalline silicon was used as the substrate. The emission threshold was 40 V or 0.9 V / μm.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения по сравнению с существующими обеспечивает получение эмиттера, который обладает:
- более низким порогом эмиссии;
- обеспечивает возможность получения планарных эмиттеров большой площади;
- упрощена технология изготовления эмиттера в целом за счет образования слоев заданной формы и размера и получения верхнего слоя при более низких температурах формирования пленки.
Thus, the use of the invention in comparison with existing ones provides an emitter that has:
- lower emission threshold;
- provides the ability to obtain planar emitters of a large area;
- simplified manufacturing technology of the emitter as a whole due to the formation of layers of a given shape and size and to obtain the upper layer at lower film formation temperatures.

Источники, использованные при составлении описания
1. Spind et.al J.Appl. Phys., v. 47, p. 5248, 1976.
Sources used in compiling the description
1. Spind et.al J. Appl. Phys., V. 47, p. 5248, 1976.

2. Патент США N 5129850, кл. H 01 J 9/02. 1992. 2. US patent N 5129850, CL H 01 J 9/02. 1992.

3. Патент США N5258685, кл. H 01 J 1/02, 1993. 3. US patent N5258685, CL. H 01 J 1/02, 1993.

4. Патент США N5602439, кл. H 01 J 9/02, 1997. 4. US Patent N5602439, cl. H 01 J 9/02, 1997.

Claims (7)

1. Полевой эмиттер электронов, включающий два расположенных один на другом слоя углеродных материалов, отличающийся тем, что нижний слой выполнен из пористого углеродного материала, имеющего каркасное строение, с открытой пористостью 35 - 70 об.%, а верхний слой получен плазмохимическим осаждением в условиях емкостного разряда из смеси углеводорода или углеводородов с водородом. 1. A field electron emitter comprising two layers of carbon materials arranged on top of one another, characterized in that the lower layer is made of a porous carbon material having a frame structure with an open porosity of 35–70 vol%, and the upper layer is obtained by plasma-chemical deposition under conditions capacitive discharge from a mixture of hydrocarbon or hydrocarbons with hydrogen. 2. Полевой эмиттер электронов по п.1, отличающийся тем, что нижний слой выполнен из пористого углеродного материала, включающего алмазные частицы с размером менее 10 нм, связанные пироуглеродной матрицей. 2. The field electron emitter according to claim 1, characterized in that the lower layer is made of a porous carbon material, including diamond particles with a size of less than 10 nm, bound by a pyrocarbon matrix. 3. Полевой эмиттер электронов по п.2, отличающийся тем, что в пористом углеродном материале отношение массы пироуглеродной матрицы к массе алмазных частиц составляет 0,08 - 0,50. 3. The field electron emitter according to claim 2, characterized in that in the porous carbon material, the ratio of the mass of the pyrocarbon matrix to the mass of diamond particles is 0.08 - 0.50. 4. Полевой эмиттер электронов по п.1, отличающийся тем, что нижний слой выполнен из пористого углеродного материала, содержащего нанопоры размером 0,8 - 2,0 нм, объемное содержание которых составляет 20 - 50 об.%. 4. The field electron emitter according to claim 1, characterized in that the lower layer is made of a porous carbon material containing nanopores with a size of 0.8 - 2.0 nm, the volume content of which is 20 - 50 vol.%. 5. Полевой эмиттер электронов по п.4, отличающийся тем, что нанопоры сформированы в пористом углеродном материале за счет вытравливания металла или неметалла из ковалентных или металлоподобных карбидов путем их обработки в атмосфере хлора при повышенных температурах. 5. The field electron emitter according to claim 4, characterized in that the nanopores are formed in a porous carbon material by etching a metal or non-metal from covalent or metal-like carbides by processing them in a chlorine atmosphere at elevated temperatures. 6. Полевой эмиттер электронов по п.1, отличающийся тем, что верхний слой осажден при частоте 12 - 100 МГц и температуре 200 - 400oС.6. The field electron emitter according to claim 1, characterized in that the upper layer is deposited at a frequency of 12 - 100 MHz and a temperature of 200 - 400 o C. 7. Полевой эмиттер электронов по п.6, отличающийся тем, что верхний слой осажден на предварительно активированную поверхность нижнего слоя. 7. The field electron emitter according to claim 6, characterized in that the upper layer is deposited on a previously activated surface of the lower layer.
RU98116457/09A 1998-08-12 1998-08-12 Field-effect electron emitter RU2149477C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98116457/09A RU2149477C1 (en) 1998-08-12 1998-08-12 Field-effect electron emitter
AU54135/99A AU5413599A (en) 1998-08-12 1999-07-26 A field electron emitter and a method for producing the field electron emitter
PCT/EP1999/005324 WO2000010190A2 (en) 1998-08-12 1999-07-26 A field electron emitter and a method for producing the field electron emitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98116457/09A RU2149477C1 (en) 1998-08-12 1998-08-12 Field-effect electron emitter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98116457A RU98116457A (en) 2000-04-20
RU2149477C1 true RU2149477C1 (en) 2000-05-20

Family

ID=20210078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98116457/09A RU2149477C1 (en) 1998-08-12 1998-08-12 Field-effect electron emitter

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU5413599A (en)
RU (1) RU2149477C1 (en)
WO (1) WO2000010190A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002005304A2 (en) * 2000-07-12 2002-01-17 Ooo 'vysokie Tekhnologii' Cold emission cathode and flat display terminal

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6181055B1 (en) 1998-10-12 2001-01-30 Extreme Devices, Inc. Multilayer carbon-based field emission electron device for high current density applications
WO2002029843A1 (en) * 2000-10-04 2002-04-11 Extreme Devices Incorporated Carbon-based field emission electron device for high current density applications
CN1505827A (en) * 2000-10-04 2004-06-16 尖端设备公司 Multilayer carbon-based field emission electron device for high currnet density applications
US6624578B2 (en) 2001-06-04 2003-09-23 Extreme Devices Incorporated Cathode ray tube having multiple field emission cathodes
JP3535871B2 (en) 2002-06-13 2004-06-07 キヤノン株式会社 Electron emitting device, electron source, image display device, and method of manufacturing electron emitting device
JP4154356B2 (en) * 2003-06-11 2008-09-24 キヤノン株式会社 Electron emitting device, electron source, image display device, and television
JP4667031B2 (en) 2004-12-10 2011-04-06 キヤノン株式会社 Manufacturing method of electron-emitting device, and manufacturing method of electron source and image display device using the manufacturing method
US7786662B2 (en) * 2005-05-19 2010-08-31 Texas Instruments Incorporated Display using a movable electron field emitter and method of manufacture thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5602439A (en) * 1994-02-14 1997-02-11 The Regents Of The University Of California, Office Of Technology Transfer Diamond-graphite field emitters
DE19727606A1 (en) * 1997-06-28 1999-01-07 Philips Patentverwaltung Electron emitter with nanocrystalline diamond
DE69834673T2 (en) * 1997-09-30 2006-10-26 Noritake Co., Ltd., Nagoya Method for producing an electron-emitting source
US6129901A (en) * 1997-11-18 2000-10-10 Martin Moskovits Controlled synthesis and metal-filling of aligned carbon nanotubes

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002005304A2 (en) * 2000-07-12 2002-01-17 Ooo 'vysokie Tekhnologii' Cold emission cathode and flat display terminal
WO2002005304A3 (en) * 2000-07-12 2002-11-07 Ooo Vysokie T Cold emission cathode and flat display terminal
US6870309B2 (en) 2000-07-12 2005-03-22 Obschestvo S Organichennoi Otvetstvennostiju “Vysokie Tekhnologii” Cold emission film cathode and flat panel display with nanocrystalline carbon film emitter

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000010190A3 (en) 2001-11-08
AU5413599A (en) 2000-03-06
WO2000010190A2 (en) 2000-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2001237064B2 (en) Diamond/carbon nanotube structures for efficient electron field emission
US8709373B2 (en) Strongly bound carbon nanotube arrays directly grown on substrates and methods for production thereof
Rao et al. In situ-grown carbon nanotube array with excellent field emission characteristics
US7056479B2 (en) Process for preparing carbon nanotubes
US5424054A (en) Carbon fibers and method for their production
US7011771B2 (en) Method of making carbon nanotubes on a substrate
EP2052097B1 (en) Plasma surface treatment using dielectric barrier discharges
US6221154B1 (en) Method for growing beta-silicon carbide nanorods, and preparation of patterned field-emitters by chemical vapor depositon (CVD)
AU2001237064A1 (en) Diamond/carbon nanotube structures for efficient electron field emission
Satyanarayana et al. Low threshold field emission from nanoclustered carbon grown by cathodic arc
RU2149477C1 (en) Field-effect electron emitter
JP2526782B2 (en) Carbon fiber and its manufacturing method
CN1545486A (en) Production of carbon nanotubes
Shang et al. Fabrication and Field Emission of High‐Density Silicon Cone Arrays
JPH07218466A (en) Working electrode for electrochemical/oxygen type sensor and manufacture thereof
Choi et al. Field emission from diamond coated molybdenum field emitters
CN110106492A (en) Quickly prepare the method for vertical graphene
Yamamoto et al. Modification of surface energy, dry etching, and organic film removal using atmospheric-pressure pulsed-corona plasma
CN109295434A (en) Micropore surface nano-diamond coating
JPH03199379A (en) Method of evaporating crystallite solid particle by using chemical deposition method
RU2159972C1 (en) Material possessing low field-emission threshold
US7799374B2 (en) Method for manufacturing field emission cathode
Zhai et al. Performance of field emission cathodes prepared from diamond nanoparticles
RU2137242C1 (en) Material on basis of diamond with low threshold of field emission of electrons
JPS6358798B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060813