Электронно-Эмиссионные Свойства Полупроводниковых Субмикронных Частиц

Abstract

Поступило в Редакцию 21 сентября 2018 г.Исследованы свойства электронной эмиссии в субмикронных частицах полупроводников Si, GaAs, InSb, InAs и их мультизеренных структурах. Установлено влияние свойств наночастиц на авто-и вторичную эмиссию. Предложен метод измерения коэффициента вторичной эмиссии полупроводников на основе метода сканирующей электронной микроскопии. Методом вакуумного триода исследовано влияние фотовозбуждения мультизеренной структуры полупроводниковых субмикронных частиц на их вторично-эмиссионные свойства.Электронно-эмиссионные свойства полупроводниковых субмикронных частиц и наноструктур (авто-, фото-, вторичная эмиссия) лежат в основе действия ряда приборов: приборов вакуумной микроэлектроники, визуализаторов невидимых излучений, источников электромагнитных излучений в широком спектре (от рентгеновского до СВЧ). Актуальными при этом являются выбор материалов и оптимизация структур их использования.Детальное исследование полевой эмиссии -эффективный инструмент для определения механизмов и параметров электронных процессов в объеме полупроводника и на поверхности с конкретной формой эмитирующих элементов. Особый интерес при этом представляют исследования методами сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), которые позволяют провести детальный анализ физических процессов [1,2]. В работах [3,4] методом ВАХ-СТМ (ВАХ -вольт-амперная характеристика) нами были найдены параметры приповерхностных электронных состояний и установлено, что автоэмиссия в наночастицах узкозонных полупроводников является низкополевой: как минимум на порядок ниже, чем для металлов и углеродных наноструктур. В [5] исследован и обоснован оптимальный вариант автокатода. В продолжение этих публикаций в настоящей работе представлены результаты исследований вторичной эмиссии на субмикронных мультизеренных структурах наиболее применяемых полупроводников: Si, GaAs, InSb, InAs.Используемые в работе субмикронные частицы изготавливались из монокристаллических полупроводников электронного типа проводимости путем их измельчения в шаровой мельнице с последующей седиментацией для получения субмикронных размеров [6]. Частицы наносились на подложки из суспензии методом самоорганизации на поверхности при контролируемом испарении растворителя [7]. Толщина слоя покрытия составляла ∼ 2 µm. Средние размеры исходных частиц 0.2−0.4 µm. На рис. 1 представлено изображение поверхности исследуемых образцов, полученное методом СТМ.Исследование морфологии поверхности и вольт-амперных характеристик методом СТМ осуществлялось с помощью сканирующего зондового микроскопа Nanoeducator-2-NT-MDT. Перед исследованием туннельной ВАХ отдельных частиц проводилось сканирование поверхности слоя в режиме стабилизированного тока. После анализа полученного СТМ-образа поверхности образца выбиралось не менее 10 точек для снятия ВАХ. В автоматическом режиме измерялись не менее десяти ВАХ на точку. Измерения ВАХ проводились в пределах величин тока от 10 −11 до 10 −8 А и напряжения от 0 до 5 V. По воспроизводимости результатов измерений отбирались точки с устойчивыми характерист...