The study of high-dose carbon-ion implantation without post-process annealing reveals significant modification of the morphology, surface-layer phase composition, and field-emission properties of silicon wafers. The effect of the electrical conductivity type on the evolution of the silicon-crystal surface morphology, upon a variation in the irradiation dose, and a high content of diamond-like phases in the region of microprotrusions at the maximum dose regardless of the electrical conductivity type are found. It is demonstrated that the high-dose implantation of carbon in silicon wafers with a pre-structured surface increases the maximum density of field-emission currents by more than two orders of magnitude.

Исследованы корреляционные закономерности изменений структурно-фазового состава, морфологических и автоэмиссионных характеристик поверхностно структурированных кремниевых пластин дырочного типа проводимости ориентации (100) при их ступенчатой высокодозной ионно-лучевой обработке углеродом. Показано, что ступенчатая имплантация уменьшает пороги автоэмиссии и способствует увеличению максимальных плотностей автоэмиссионных токов более чем на два порядка. Рассмотрены физико-химические механизмы, ответственные за модификацию приповерхностных свойств кремниевых структур при ионной имплантации углерода. DOI: 10.21883/PJTF.2017.24.45346.16937

The field emission characteristics of cathode matrices based on nanocomposite diamond-graphite film structures with a strengthening tunnel-thin diamond coating are studied. It is shown that field emission characteristics are not related to the morphology of the emitting surface and cannot be explained in terms of the Fowler and Nordheim model. The effect of the thickness of the diamond coating on the field emission characteristics and dielectric strength of the cathode heterostructure is established. The interpretation of the obtained laws is based on an increase in the transparency of potential barriers for electron tunneling due to a decrease in the forces of the mirror image

Изучены закономерности изменения структурно-фазовых, морфологических и автоэмиссионных характери-стик нанокомпозитных алмазографитовых пленочных структур, полученных в микроволновой плазме паров этанола, в зависимости от дозы облучении ионами азота с энергией 20 keV. Установлено, что при малых дозах облучения морфологические параметры алмазографитовых структур практически не отличаются от параметров необлученных образцов. В отличие от этого автоэмиссионные свойства претерпевают суще-ственные изменения. Причем повышение максимальных плотностей автоэмиссионных токов достигается при повышении порогов возбуждения автоэмиссии. Обнаружены оптимальные дозы ионной имплантации азота, при которых максимальные плотности автоэмиссионных токов возрастают по сравнению с необлученными структурами более, чем в 5 раз. Рассмотрены физико-химические механизмы, ответственные за модификацию поверхностных и приповерхностных свойств алмазографитовых структур в зависимости от дозы ионного облучения.DOI: 10.21883/JTF.2018.01.45496.2374 ВведениеДля создания сильноточных автокатодов, которые мо-гут быть использованы взамен термокатодов в мощ-ных СВЧ ЭВП, наиболее перспективными в настоящее время считаются металлические острия и/или матрицы острий, а также различные наноуглеродные структу-ры [1,2]. Перспективность металлических автокатодов обусловлена характерным свойством металлов, имею-щих наиболее высокие концентрации свободных элек-тронов и, как следствие, высокие предельные плотности автоэмиссионных токов. Туннельные токи из металлов хорошо описываются законом Фаулера−Нордгейма и, согласно расчетам, могут достигать 10 8 −10 10 A/cm 2 . Перспективность наноуглеродных материалов обуслов-лена их устойчивостью к бомбардировке ионами оста-точных газов, имеющих место в приборах, работающих в условиях технического вакуума и высоковольтного питания. Кроме того, наноуглеродные материалы при определенных структурных модификациях, характерных для алмазного типа гибридизации связей валентных электронов или углеродных нанотрубок с графитовым типом структуры, имеют более низкую работу выхода электронов [3]. Это уменьшает энергетическую нагрузку на материал автокатодов и позволяет получать высо-кие плотности автоэмиссионных токов. Так, в работах Аргонской национальной лаборатории, США, показано, что нанокристаллические алмазные покрытия наноост-рий и пленки, полученные с использованием неравно-весной микроволновой плазмы способны обеспечивать чрезвычайно высокую плотность тока (до 60−100 µA на острие!) и стабильность.Однако на пути практического использования сильно-точных автокатодов имеется ряд принципиальных труд-ностей. Они связаны с тем, что управление прозрач-ностью потенциальных барьеров, определяющих порог начала и плотности токов автоэмиссии электронов из твердого тела в вакуум, осуществляется в основном за счет высоких напряженностей внешних электрических полей ∼ 10 6−7 V/сm. Эти напряженности весьма близки к значениям электрической прочности большинства из-вестных в природе материалов (напряженность поля ла-винного пробоя кристаллического...