Анализ эмиссии электронов с одиночного кремниевого катода в квазивакуумную (воздушную) среду методом атомно-силовой микроскопии

Методом атомно-силовой микроскопии экспериментально рассмотрены особенности полевой эмиссии электронов с одиночного кремниевого катода острийного типа в квазивакуумную (воздушную) среду. В бесконтактном режиме работы атомно-силового микроскопа измерены вольт-амперные характеристики одиночного катода с нанометровым радиусом закругления вершины при расстояниях 10 и 20 nm между вершиной катода и вершиной измерительного зонда. Проведено моделирование распределения электрических полей как на поверхности вершины одиночного катода, так и на поверхности вершин отдельно взятых катодов в составе массива, на основе которого сделана теоретическая оценка фактора усиления электрического поля в зависимости от расстояния “катод-зонд”. Показано, что фактор усиления поля, рассчитанный из экспериментальных ВАХ в координатах Фаулера–Нордгейма, на несколько порядков превышает величину, полученную из теоретических расчетов, что указывает на необходимость учета дополнительных квантово-размерных эффектов, играющих важную роль в формировании тока эмиссии электронов в наноразмерном зазоре.