Reduction of Work Function in Nanostructured Modern Cathodes for the Field Emission (Based on the Example of Tungsten Oxide W18O49 "Nanopencils")

М.В. Стріха; І.Є. Олійник

doi:10.15330/pcss.26.1.190-195

Автор(и)

М.В. Стріха Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, факультет радіофізики, електроніки і комп’ютерних систем, Київ, Україна; Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України, Київ, Україна
І.Є. Олійник Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, факультет радіофізики, електроніки і комп’ютерних систем, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.1.190-195

Ключові слова:

Робота виходу, польова емісія, наноструктуровані катоди

Анотація

У рамках простої аналітичної моделі одержано вираз, який дозволяє розрахувати роботу виходу поблизу вістрів наноструктурованого катода, використовуваного в сучасних пристроях польової емісії. Числові оцінки, проведені для «наноолівців» оксиду вольфраму W₁₈O₄₉, показують, що врахування розглянутого нами зменшення густини поверхневого електронного газу поблизу нановістря призводить до зменшення «об’ємного» значення роботи виходу (~4,55 еВ) приблизно на 10%. Цей ефект потрібно враховувати при обчисленні густини емісійного струму за формулою Фаулера-Нордгейма. Він (як і підсилення електричного поля за рахунок геометрії вістря) призводить до збільшення густини емісійного струму та зменшення поля вмикання емісії.

Посилання

Anatoliy Evtukh, Hans Hartnagel, Oktay Yilmazoglu, Hidenori Mimura and Dimitris Pavlidis. Vacuum Nanoelectronic Devices: Novel Electron Sources and Applications. John Wiley & Sons, Ltd., (2015); https://doi.org/10.1002/9781119037989.

M.V. Strakha, A.M. Goryachko. Surfaces with reduced work function: problems of creation and theoretical description. A review. Ukrainian Journal of Physics, 68, 551 (2023); https://doi.org/10.15407/ujpe68.8.

M.V. Strikha, D.V. Antoniuk. A theoretical model for estimating the decrease in the work function of maxenes with hydroxyl termination. Physics and Chemistry of Solid State, 23(1), 102 (2023); https://doi.org/10.15330/pccs.24.1.102-105.

A.M.Goriachko, M.V.Strikha. Nanostructured SiC as a promising material for cold electron emitters. Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics, 24, 355 (2021); https://doi.org/10.15407/spqeo24.04.355.

A.M. Goryachko, D.O. Korzh, D.V. Slobodianiuk, M.V. Strikha. Field emission from promising cathodes based on nanostructured SiC: a new approach to the field enhancing factor. Physics and Chemistry of Solid State, 23, 347 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.2.347-352.

Sheng-Joue Young, Yi-Hsing Liu, and Jen-Tse Chien. Improving Field Electron Emission Properties of ZnO Nanosheets with Ag Nanoparticles Adsorbed by Photochemical Method. ACS Omega, 3, 8135 (2018); https://doi.org/10.1021/acsomega.8b01041.

M.V. Strikha, R.S. Khilinich. On the physical nature of field emission from ZnO nanosheets. Sensor Electronics and Microsystem Technologies, 21(1), 4 (2024); https://doi.org/10.18524/1815–7459.2024.1.300941.

E.W.Muller, T.T.Tsong. Field Ion Microscopy. Principles and Applications (New York, Elsevier, 1969); https://doi.org/10.1007/978-1-4614-3436-8_2.

I. Brodie, S.H. Chou, H. Yuan. A general phenomenological model for work function. Surface Science, 625, 112 (2014); https://doi.org/10.1016/j.susc.2014.03.002.

D.P. Grimmer, K. Luszczynski, N. Salibi. The Quantitative Application of Fermi-Dirac Functions to Two- and Three-Dimensional Systems, J. Low Temp. Phys., 44, 265 (1981).

J.C.Maxwell. A treatise on electricity and magnetism (Clarendon Press, Oxford, 1873); https://doi.org/10.1017/CBO9780511709333.

Zheng-Lin Li, Shao-Zhi Deng, Ning-Sheng Xu, Fei Liu, Jun Chen. Enhanced Field Emission from Large-Area Arrays of W18O49 Pencil-Like Nanostructure. Chin. Phys. Lett., 27(6), 068504 (2010); https://doi.org/10.1088/0256-307X/27/6/068504.

K. Viswanathan, K. Brandt, Ekhard Salje. Crystal structure and charge carrier concentration of W18O49. Journal of Solid State Chemistry, 36(1), 45 (1981); https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-907#summary.

Muhammad Saqib, Janez Jelenc, Luka Pirker, Srečo D. Škapin , Lorenzo De Pietro, Urs Ramsperger, Alexandr Knápek, Ilona Müllerová, Maja Remškar. Field emission properties of single crystalline W5O14 and W18O49 nanowires. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 241, 146837 (2020); https://doi.org/10.1016/j.elspec.2019.03.005.

K. Oura et all. Surface Science: An Introduction. Springer (2003). https://doi.org/10.1063/1.1825276.

Debabrata Biswas, Gaurav Singh, Rajasree Ramachandran. The cosine law of field enhancement factor variation: Generic emitter shapes. Physica E: Low dimensional Systems and Nanostructures, 109, 179 (2019); https://doi.org/10.1016/j.physe.2019.01.005.

Debabrata Biswas. A universal formula for the field enhancement factor. Physics of Plasmas, 25, 043113 (2018); https://doi.org/10.1063/1.5025694.