The consequences of dependence between the formal area efficiency and the macroscopic electric field on linearity behavior in Fowler–Nordheim plots

Abstract

This work presents a theoretical explanation for a crossover in the linear behavior in FowlerNordheim (FN) plots based on cold field electron emission (CFE) experimental data. It is characterized by a clear change in the decay rate of usually single-slope FN plots, and has been reported when non-uniform nano-emitters are subject to high macroscopic electric field FM . We assume that the number of emitting spots, which defines an apparent formal area efficiency of CFE surfaces, depends on the macroscopic electric field. Non-uniformity is described by local enhancement factors {γj}, which are randomly assigned to each distinct emitter of a conducting CFE surface, from a discrete probability distribution ρ(γj), with j = 1, 2. It is assumed that ρ(γ1) < ρ(γ2), and that γ1 > γ2. The local current density is evaluated by considering a usual Schottky-Nordheim barrier. The results reproduce the two distinct slope regimes in FN plots when FM ∈ [2, 20] V/µm and are analyzed by taking into account the apparent formal area efficiency, the distribution ρ, and the slopes in the corresponding FN plot. Finally, we remark that our results from numerical solution of Laplace's equation, for an array of conducting nano-emitters with uniform apex radii 50 nm but different local height, supports our theoretical assumptions and could used in orthodox CFE experiments to test our predictions.

Nanoscale Vacuum Channel Transistor

“…Therefore, a device showing linearity in the ln­( I / V 2 ) versus 1/ V plot signifies that FN tunneling is the dominant carrier transport mechanism (Figure b). However, a nonlinear or a two slope pattern is seen in the present FN plot, which may signify the presence of two possible emitting spots . The current in the lower electric field region could be from a local protrusion of the silicon or defective surface states, and then the current in the higher electric field region may be mainly from the sharp emitter tip.…”

Десять Способов Определения Площади Полевой Эмиссии

“…Чумак, С.В. Филиппов ля [33,34], а также зависимость коэффициента усиления поля на поверхности эмиттера от межэлектродного расстояния [35].…”

Тест На Соответствие Режиму Холодной Полевой Эмиссии С Применением Приближений Элинсона-Шредника И Форбса-Дина (Координаты Мерфи-Гуда)

“…Кроме этой оценки параметров f 1 и f 2 по полному диапазону напряжений, а также эффективных значений A e f f и γ e f f возможна интервальная оценка, которая учитывает искривление ВАХ-ФН за счет влияния различных эффектов. Такими эффектами могут быть кривизна поверхности катода [10], наличие нескольких групп эмиссионных центров, различающихся коэффициентом усиления поля [17], а также адсорбционные процессы, меняющие работу выхода эмиссионных центров при изменении уровня напряжения [18]. На рис.…”

“…2, b). Это объясняется растущим относительным вкладом более низких эмиссионных центров, что было показано в работе [17]. При этом локальное поле f демонстрирует перегиб (рис.…”