Ga-based semiconductor nanowires (GaN, GaP) were synthesized by the reaction of Ga metal and GaN/GaP powder with a $NH_3/Ar$ gas using thermal chemical vapor deposition. The field emission and emission stability under oxygen and argon environments were investigated. Field emission energy distributions of electrons from these nanowires revealed that field emission mechanism of the semiconductor nanowires were different from carbon nanotubes.
In this study, for use of carbon nanotubes (CNTs) as a cold cathode of x-ray tubes, we examine the effects of selective growth of CNTs on their field emission properties and long-term stability. The selective growth of CNTs was performed by selectively etching the catalyst layer which was used for CNTs' nucleation. CNTs were grown on conical-type tungsten substrates using an inductively-coupled plasma chemical vapor deposition system. For all the grown CNTs, their morphologies and microstructures were analyzed by field-emission scanning electron microscope and Raman spectroscopy. The electron-emission properties of CNTs and the long-term stability of emission currents were measured and characterized according to the CNTs' growth position on the substrate.
Field emission of GaN and GaP nanowires, synthesized by thermal chemical vapor deposition, and their emission stabilities under oxygen and argon environments were investigated. The field emission current of GaN nanowires was seriously deteriorated under oxygen environment, while that of GaP was not. Both wires did not show any noticeable change under argon environment. The existence of oxide outer shell layers in the GaP nanowires was proposed to be a main reason for this emission stability behavior. Field emission energy distributions of electrons from these nanowires revealed that field emission mechanism of the semiconductor nanowires were different from that of carbon nanotubes.
Lim Sung Hoon;Yun Hyun Sik;Ryu Je Hwang;Moon Jong Hyun;Park Kyu Chang;Jang Jin;Moon Byeong Yeon
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.14
no.4
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pp.258-262
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2005
We report on the field emission properties from vertically aligned carbon nanotubes (CNTs) produced by a triode PECVD with a SiNx capping layer on metal catalyst. It is found that the CNTs density can be controlled by the capping layer thickness and decreases with increasing SiNx thickness. The CNT density of $\~$ 104/$cm^{2}$ exhibited highest electron emission characteristics, the threshold field of 1.2 V/$\mu$m and the current density of 0.17 mA/$cm^{2}$ at 3.6 V/$\mu$m. We have carried out investigation of electron emission stability under ambient gas of N2. The electron emission stability was improved with decreasing CNT density. Under $1\times$$10^{-5}$ Torr ambient pressure, the CNTs in 5 $\mu$m hole show electron emission current higher than $1\times$$10^{-4}$ A/cm2 and it's electron emission uniformity has $2\%$.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.4
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pp.743-748
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2010
Boron nitride (BN) and carbon nitride (CN) films, which have relatively low work functions and commonly exhibit negative electron affinity behaviors, were coated on carbon nanotubes (CNTs) by magnetron sputtering. The CNTs were directly grown on metal-tip (tungsten, approximately 500nm in diameter at the summit part) substrates by inductively coupled plasma-chemical vapor deposition (ICP-CVD). The variations in the morphology and microstructure of CNTs due to coating of the BN and CN films were analyzed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The energy dispersive x-ray (EDX) spectroscopy and Raman spectroscopy were used to identify the existence of the coated layers (CN and BN) on CNTs. The electron-emission properties of the BN-coated and CN-coated CNT-emitters were characterized using a high-vacuum field emission measurement system, in terms of their maximum emission currents ($I_{max}$) at 1kV and turn-on voltage ($V_{on}$) for approaching $1{\mu}A$. The results showed that the $I_{max}$ current was significantly increased and the $V_{on}$ voltage were remarkably reduced by the coating of CN or BN films. The measured values of $I_{max}-V_{on}$ were as follows; $176{\mu}A$-500V for the 5nm CN-coated emitter and $289{\mu}A$-540V for the 2nm BN-coated emitter, respectively, while the $I_{max}-V_{on}$ of the as-grown (i.e., uncoated) emitter was $134{\mu}A$-620V. In addition, the CNT emitters coated with thin CN or BN films also showed much better long-term (up to 25h) stability behaviors in electron emission, as compared with the conventional CNT emitter.
Kim, Jong-Pil;Kim, Young-Kwang;Park, Chang-Kyun;Park, Jin-Seok
Proceedings of the KIEE Conference
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2008.07a
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pp.1224-1225
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2008
The results of the experiment that was conducted on the electron emission property and the long-term stability of the emission current in various carbon nanotubes (CNTs)-based field emitters with a CNT/catalyst/buffer/W-tip configuration are presented herein. CNT-based field emitters were fabricated by varying the (TiN, Al/Ni/TiN) buffer layer and the (Ni, Co) catalyst material. This study aimed to elucidate how the buffer layers and catalyst materials affect the structural properties of CNTs and the long-term stability of CNT emitters. Raman spectroscopy, field emission SEM, and high-resolution TEM were used to analyze the crystalline structure, surface morphologies, and nanostructures of all the grown CNTs. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to monitor the chemical bonds of all the buffer layers and catalysts. Electron emission measurement and a long-term (up to 40h) stability test were carried out using a compactly designed field emission measurement system.
Kim, Chung-Soo;Kim, Dong-Hwan;Park, Man-Jin;Jang, Dong-Young;Han, Dong-Chul
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.6
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pp.163-167
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2007
A field emission electron gun including 3 electrodes including one cathode and two anodes is very important for high resolution electron microscope. To have functions to control the initially-emitted electron beam, two anodes act as an electrostatic lens according to equipotential lines by adjusting the spot size, intensity, and working distance. To verify the action of the electron beam by the electrostatic lens by changing several parameters such as electrode shape, displacement and applied voltage to the electrodes, the two lenses were design and simulated and then their performances were analyzed with angular beam intensity(distribution), electrical optic axis variation and their stability.
Field-emission characteristics of carbon nanotubes(CNTs), which were grown on conical-type tungsten micro-tips by using an electrophoretic deposition(EPD) method, were examined. The EPD method proved to be convenient to manipulate and arrange CNTs from well dispersed suspensions onto such tip-type substrates. The growth rate of CNTs was proportional to the applied d.c. bias voltage and the process time. It was observed from the Raman study that the EPDproduced CNTs showed better crystal qualities with the Raman intensity ratio( $I_D$/$I_G$) of 0.41-0.42 than the CVD-produced CNTs and their crystal qualities could be further improved by thermal annealing. The electron emitters based on the EPDCNTs showed excellent field emission properties, such as the threshold voltage for electron emission of about 620 V and the maximum emission current of about 345 ${\mu}A$. In addition, the EPD-CNTs exhibited the stable long-term(up to 40 h) emission capability and the emission stability was enhanced by thermal annealing.
Kim, Jong-Pil;Noh, Young-Rok;Chang, Han-Beet;Park, Jin-Seok
Journal of the Semiconductor & Display Technology
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v.10
no.2
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pp.115-119
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2011
A tip-type carbon nanotube(CNT)-based field emitter was studied to consider it as electron source for micro-focused x-ray tube. The CNT was grown directly on a metal (tungsten) substrate by using an inductively coupled plasma-chemical vapor deposition (ICP-CVD) method. Prior to CNT growth, the metal substrate was etched to have various tip angles from $10^{\circ}$ to $180^{\circ}C$ (flat-type). The morphologies and microstructures of all the grown CNTs were analyzed via field-emission SEM. Furthermore, the effects of substrate tip-angles on the emission properties of CNT-based field emitters were characterized to estimate the maximum current density, the turn-on voltage, and the spatial distribution of electron beams. Prolonged long-term stability testing of the CNT emitters was also performed. All the experiment results obtained from this study indicated why a tip-type CNT emitter, compared with a flat-type CNT emitter, would be more desirable for a micro-focused x-ray system, in terms of the emission current level, the focused beam area, and the emission stability.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.383-383
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2011
Generally, field emitters can be categorized into two types according to the emitter shape, one is a planar field emitter and the other is a point emitter. The planar field emitter is used for displays, flat lamps and signage boards. On the other hands, the point field emitter is expected to play a significant role in x-ray sources and electron beam sources. Such applications of the point field emitters, especially, need large emission current and high emission stability with a small electron beam size. A few reports announced point emitters made by carbon nanotubes (CNTs). However, they still have suffered from poor reproducibility and low emission current. Here, we demonstrated high performance CNT point emitters by attaching CNTs onto graphite rod. Graphite rod exhibited good electrical conductivity and chemical stability. In this method, the shape of the point emitter could be easily controlled by changing the length and diameter of the graphite rod. The CNT point emitter showed emission current over 1 mA at an applied electric field of 1.4 V/${\mu}m$. We consider that the stable emission performance is attributed to the stable contact between CNTs and graphite rod.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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