Термополевая эмиссия электронов с поверхности низкоразмерных наногетероструктур

Проведен краткий обзор существующих представлений о физическом механизме "низковольтной" полевой эмиссии электронов с поверхности различных низкоразмерных наноструктур (НС) - микрокристаллов широкозонных полупроводников, углеродных нанотрубок и алмазоподобных пленок. Отмечено, что предложенные модели не позволяют дать адекватную интерпретацию результатам, полученным ранее в исследованиях "низковольтной" полевой эмиссии. Для выяснения физического механизма "низковольтной" полевой эмиссии электронов разработана и создана оригинальная нанотехнология формирования наногетероструктур (НГС), образованных тонким (~5-10 нм) слоем диэлектрика (ZrO2) на поверхности острийных микрокристаллов W. Выполнено исследование полевых эмиссионных свойств ZrO2/W НГС. Установлено, что при температуре вещества ~1900 K T 2/W НГС характеризуется аномально высокой приведенной яркостью (до ~1010 А/(м2∙ср∙В)) и высокой стабильностью полевых эмиссионных свойств. Показано, что возбуждение термополевой эмиссии с поверхности ZrO2/W НГС происходит при относительно низких значениях (менее 50 В/мкм) напряженности поля. Отмечено, что функциональная зависимость плотности тока эмиссии от напряженности поля на поверхности исследованной НГС не согласуется с общепризнанной теорией явления термополевой эмиссии электронов с поверхности гомогенных веществ (металлов и полупроводников n-типа). На основании проведенных исследований высказано предположение о том, что независимо от структурных особенностей вещества и морфологии НС механизм явления "низковольтной" полевой эмиссии с поверхности НС различной размерности обусловлен процессами формирования в приповерхностном слое наноструктуры связанного пространственного положительного заряда. Отмечено, что уникальные термополевые эмиссионные свойства исследованных НГС могут использоваться как для создания высокоинтенсивных "низковольтных" источников электронов, так и высокоэффективных систем преобразования тепловой энергии в электрическую энергию.