АВТОЭЛЕКТРОННЫЕ КАТОДЫ НА ОСНОВЕ МАССИВОВ НИОБИЕВЫХ ОКСИДНЫХ СТОЛБИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ ПОЛЕВЫХ ЭМИССИОННЫХ ДИСПЛЕЕВ

В статье обсуждаются перспективы создания управляемых матриц автоэлектронных катодов на основе массивов столбиковых оксидных ниобиевых наноструктур для полевых эмиссионных дисплеев. Разработаны и исследованы геометрические модели автоэлектронных катодов и вакуумных элементов на их основе. Получены распределения электрического поля в вакуумном устройстве при различных расстояниях между катодом и анодом, приложенных напряжениях между ними, форме и микрогеометрии катодов. На основании результатов моделирования рассчитаны оптимальные геометрические параметры наноструктурированных автоэлектронных катодов и матриц на их основе. Разработан технологический маршрут изготовления матриц автоэлектронных катодов на основе массивов ниобиевых металлоксидных столбиковых наноструктур, формируемых электрохимическим анодированием тонкопленочной системы Al/Nb. Изготовлены образцы управляемых матриц автоэлектронных катодов и исследованы их вольт-амперные характеристики при межэлектродном зазоре 2, 5 и 10 мкм в различных электрических режимах при изменении напряженности электрического поля от 3 до 85 В/мкм. При 2 мкм зазоре между анодом и катодом эмиссия возникает при минимальных пороговых напряжениях, однако характеризуется ограниченными значениями токов. Увеличение межэлектродного зазора позволяет увеличить эмиссионные токи, однако при этом повышаются пороговые напряжения. В импульсном режиме достигаются большие значения эмиссионных токов. При зазоре 5 мкм между катодом и анодом пороговое напряжение составило 9,16 В, максимальные токи достигали 350 мкA при напряжении 22,5 В. В импульсном режиме эмиссия возникала при 11,06 В, максимальный ток достигал 1500 мкА при 40 В.

1. Огурцов О. Полевые эмиссионные дисплеи – новое направление развития плоских устройств воспроизведения изображения. Электроника: наука, технология, бизнес. 1997; 5 (11): 25-29.

2. Templier F., Bouzid K. OLED Microdisplays: Technology and Applications. Hoboken NJ: John Wiley & Sons, Inc; 2014. DOI: 10.1002/9781119004745.

3. Kim H.D., Chung H.J., Berkeley B.H., Kim S.S. Emerging technologies for the commercialization of AMOLED TVs. Journal of the Society for Information Display. 2009; 25 (9): 18-22. DOI: 10.4018/978-1-60566-172-8.ch002.

4. Surganov V.F., Gorokh G.G. Array of niobium nanotips formed in porous anodic alumina matrix. SPIE Conference Proceedings. 2000; 4019: 526-530. DOI: 10.1117/12.382321.

5. Татаренко Н.И., Кравченко В.Ф. Автоэмиссионные наноструктуры и приборы на их основе. М.: Физматлит; 2006.

6. Mozalev A., Vázquez R.M., Bittencourt C., Cossement D., Gispert-Guirado F., Llobet E., Habazaki H. Formation-structure-properties of niobium-oxide nanocolumn arrays via self-organized anodization of sputterdeposited aluminum-on-niobium layers. Journal of Materials Chemistry C. 2014; 2 (24): 4847-4860. DOI: 10.1039/c4tc00349g.

7. Pligovka A., Lazavenka A., Gorokh G. Anodic niobia column-like 3-D nanostructures for semiconductor devices. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2019; 18: 790-797. DOI: 10.1109/tnano.2019.2930901.

8. Cheng Z., Sun L., Li Z.Y., Serbun P., Kargin N., Labunov V., Shulitski B., Kashko I., Grapov D., Gorokh G. Field emission cathodes based on structured carbon nanotube arrays. World Journal of Research and Review. 2017; 4 (3): 8-27. DOI: 10.1889/1.2433587.