УДК 621.382
СИМОНОВ С.В., СУЗДАЛЬЦЕВ С.Ю.,
поля на остриях эмиттирующих структур тем больше, чем более развитой
ЯФАРОВ Р.К.
микротопографией
и
большим
электросопротивлением
обладают

полученные
пленки.
Объяснение
обнаруженной
корреляции
МИКРОТОПОГРАФИЯ И АВТОЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА
электрофизических параметров графитоподобных пленок состоит в
ГРАФИТОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК
следующем. В работе [3] нами показано, что скорость осаждения и

развитие шероховатости углеродных пленок в условиях высоковакуумного
Саратовское отделение ИРЭ РАН, 410009, г. Саратов, а/я 1072,
микроволнового плазменного воздействия определяется в значительной
тел. (8452)524779, e-mail: pirpc@renet.ru
степени энергией и видом ионов, бомбардирующих пленку в процессе ее

роста. При невысоких отрицательных потенциалах на подложкодержателе
Актуальной задачей является получение нанокристаллических
(от 0 до - 200 В, см рис. 1) реализуются условия близкие к идеальным для
углеродных пленочных материалов различного структурного состава для
слоевого механизма роста графитовых пленок. Косвенно это
использования в качестве катодов на основе автоэлектронной эмиссии для
подтверждается тем, что эти пленки имели более высокую
плоских дисплеев и приборов вакуумной СВЧ микроэлектроники.
электропроводность и лучший металлический блеск, но низкую
Перспективность использования углеродных материалов в качестве
эмиссионную способность, характерную для монокристаллического
катодов обусловлена возможностью снижения работы выхода электронов
графита. При потенциале на подложкодержателе выше + 100 В, за счет
при определенных структурных модификациях, характерных как для
интенсивной электронной бомбардировки и большего коэффициента
алмазного типа гибридизации связей валентных электронов атомов
прилипания атомов и ионов углерода рост графитоподобной пленки
углерода, так и для углеродных нанотрубок с графитовым типом
становится хаотичным. Это выражается в увеличении размеров отдельных
структуры [1].
кристаллитов разориентированных относительно слоевого направления
Целью работы являлся поиск технологических способов создания и
роста. В связи с анизотропией электропроводности графита это приводит к
модификации углеродных слоев для получения необходимых электронных
увеличению продольного электросопротивления пленки.
свойств пленочных графитоподобных нано- и микрокристаллических
материалов.
Осаждение пленок осуществлялось в плазме паров этанола в
микроволновом газовом разряде с электронным циклотронным резонансом
на стеклянную подложку в установке, описанной в работе [2]. Осаждение
велось при давлении паров этанола 0,05 Па и различных ускоряющих
потенциалах
на
подложкодержателе
Изучение
микротопографии
поверхности пленок осуществлялось с помощью сканирующего атомно-
силового микроскопа, их структуры - на установке рентгенофазового
анализа ДРОН-3,0. Рентгеноструктурный анализ свидетельствовал о
преимущественном содержании в них мелкокристаллической фазы


графита с межплоскостным расстоянием d=3.36 A. Величина
Рис. 1. Коэффициент уси-
автоэмиссионного тока измерялась в условиях высокого вакуума (10-5 Па)
Рис. 2. Влияние легирования
ления поля ( ) в микродиоде с
на диодной структуре, способной изменять расстояние между электродами
кадмием и обработки в аргоновой
вели-чиной
зазора 120 мкм,
с точностью 1мкм.
плазме на коэффициент усиления
электросо-противление
()
и
На рис. 1 приведены зависимости коэффициента усиления
электрического поля в зазоре
средняя высота микровыступов на
электрического
поля
в
диодной
структуре,
измеренных
микродиода: 1-углеродная пленка
поверхности углеродных пленок,
электросопротивлений и средней высоты неровностей поверхности
легированная Cd; 2 - исходная
полученных
при
различных
полученных пленок от величины ускоряющего потенциала во время
углеродная пленка; 3 - углеродная
ускоряющих потен-циалах на
синтеза углеродных пленок. Можно видеть, что коэффициенты усиления
пленка обработанная в плазме Ar
подложкодержателе


1. Образцов А.Н., Павловский И. Ю., Волков А.П. // ЖТФ. 2001. Т.71.
При больших отрицательных ускоряющих потенциалах (>- 200 В)
Вып. 11. С. 89 - 95.
увеличение шероховатости углеродной пленки обусловлено ее травлением
2. Былинкина Н.Н., Муштакова С.П., Олейник В.А. и др.// Письма в
ионизированным и атомарным водородом, поступающими из плазмы паров
ЖТФ. 1996. Т. 22. В. 6. С. 43-47.
этанола. При таком механизме формирования шероховатости анизотропия
3. Суздальцев С. Ю., Яфаров Р.К.// Письма в ЖТФ. 2001.Т.27. В. 15. С.77.
электропроводности графита не нарушается. Поэтому повышение

эмиссионной способности коррелирует только с шероховатостью при

убывающей величине продольного электросопротивления пленки.
При изучении влияния легирующей примеси на электронные
свойства поверхности исследовались три группы образцов: углеродные
пленки легированные Cd; углеродные пленки обработанные в плазме Ar
без легирования; исходные углеродные пленки. В качестве исходных
использовались графитоподобные пленки, полученные при ускоряющем
потенциале на подложкодержателе - 300 В. Они имели наилучшую
электропроводность при минимальной шероховатости, но недостаточную,
по сравнению с пленками полученными в других режимах, эмиссионную
способность.
Расчет коэффициента усиления электрического поля в зазоре
микродиода для всех групп углеродных пленок (рис.2) производился в
предположении о неизменности работы выхода, равной работе выхода для
углеродных материалов. Из приведенных результатов можно видеть, что
коэффициент усиления растет с увеличением зазора в микродиоде и в
конечном счете выходит на постоянное значение, которое зависит от
режима обработки образцов. Ионное воздействие низкоэнергетичной
аргоновой плазмы практически не изменяет или даже ухудшает
коэффициент усиления электрического поля. В то же время легирование
кадмием достаточно заметно повышает его значение. Последнее может
свидетельствовать об уменьшении работы выхода электронов из
углеродных пленок легированных кадмием, так как шероховатость
поверхности всех трех групп образцов в результате проведенных
процессов легирования и низкоэнергетичной обработки в аргоновой
плазме практически не изменилась. Проведенный сравнительный анализ
полученных вольт - амперных характеристик в координатах Фаулера -
Нордгейма показал, что снижение работы выхода в углеродных пленках,
легированных кадмием составило примерно 20%, а в пленках,
обработанных в низкоэнергетичной аргоновой плазме наблюдается,
напротив, ее увеличение, которое составило примерно 2 %, относительно
работы выхода для исходных углеродных пленок.