CC BY
7SiC материалов можно считать отдельным ответвлением от общих исследований полевой эмиссии из углеродных наноматериалов [5]. Цель настоящей работы - попытка систематизировать литературные данные в этой области.
Общая характеристика карбида кремния. Карбид кремния обладает рядом уникальных и интересных свойств [1, 6]. Кристаллический SiC представляет собой полупроводник с широкой запрещенной зоной (табл.1.). Известно более 200 политипов,
Таблица 1
Значение некоторых параметров карбида кремния
Параметр Ширина запрещенной зоны, эВ 4H-SiC 3,2 6H-SiC 3,0 3C-SiC 2,3
Постоянная решетки, А a = 3,09 с = 10,48 a = 3,09 с = 15,12 4,34
Теплопроводность, Вт/(смград). 3 - 5 3 - 5 5
Напряжение критического поля пробоя Ecr, мВ/см 2 - 3 2 - 3 >1,5
Подвижность электронов ц„, см2/(В с) (при 300 К) 800 200 - 300 1000
Скорость насыщения, 107 см/с 2 2 2,7
Подвижность дырок цр, см2/(В с) (при 300 К) 60 50 40
индексируемых по правилам Рамсдела-Браве (например, 15R-SiC - формула 15-периодического в направлении, перпендикулярном базовой плоскости, ромбоэдрического кристалла SiC). Эти политипы отличаются порядком чередования двойных плоскостей Si-C. В каждом из политипов атомы одного элемента являются центром тетраэдра, в вершинах которого находятся четыре атома другого элемента. Существует много гексагональных фаз (2H, 4H, 6H,...), обозначаемых а. Наиболее часто рассматриваются фазы 4Н и 6Н, которые представляют собой чередование соответственно плоскостей ABCB-ABCB и ABCACB-ABCACB. Фаза 2H имеет структуру вюрцита АВ-АВ. Кубическая фаза (ее обозначают ß или 3С) чередования ABC-ABC часто существует в форме объемных кристаллов малого размера (около 1 мм3) и со значительным числом дефектов по сравнению с а-SiC. Также ß-SiC присутствует в виде тонких пленок и обладает классической структурой цинковой обманки (рисунок), причем в направлении (100) происходит чередование плоскостей, состоящих из атомов только С и Si. Из-за разных электроотрицательностей атомов SiC является ионным кристаллом Si8+C8-, вследствие чего размер элементарной
ячейки SiC на 20% меньше, чем у Si, а температура сублимации составляет около 2650 °С (1400 °С у Si). Переход ß-SiC в a-SiC происходит при температуре 2100-2300 °С. Обратный переход обычно не наблюдается.
Широкая запрещенная зона позволяет использовать полупроводниковые свойства SiC при температуре более 600 °С, например в различных датчиках, где кремний уже неприменим. Теплопроводность SiC превышает теплопроводность меди, что немаловажно при эксплуатации приборов с интенсивным тепловыделением, к которым относятся и автоэмиссионные приборы.
Радиационная и химическая стойкость SiC позволяет использовать его в космосе или ядерных реакторах.
Преимущества карбида кремния по сравнению с традиционными материалами для микрокатодов. Традиционно в вакуумной электронике используются металлические катоды из молибдена, никеля, бериллия, алюминия и др. Последние 15 лет активно изучается автоэмиссия из углеродных материалов, в частности углеродных нанотрубок (УНТ). Выборочные характеристики таких катодов приведены в табл.2. В целом, несмотря на значительный разброс параметров, металлические катоды обладают большими пороговым (turn-on) напряжением и эмиссионным током по сравнению с УНТ-катодами. Числовые параметры полевой эмиссии из неорганических материалов приведены в [7].
Таблица 2
Характеристики некоторых наноструктурированных катодов
Пороговое поле, В/мкм Пороговый Макси- Максималь- Литера-
Материал автоэмиттера ток, мА/см2 мальное поле, В/мкм ный ток, мА/см2 тура
2п0-пленка 3,5 - 7,5 2 [8]
2п0-нанопровода 2п0-нанобулавки Оа-легированные 2п0- 4,3 1,92 10-4 10-4 7,8 6 0,1 1,1 [9]
нановолокна 2,4 5 • 10-4 7 2,25
ЛЮаК/ОаК-наноострия 0,3 0,001 1,8 > 5,2 [10]
Си0-нанопровода 6 - 12 0,18 [11]
Наноструктурированный Мо: на подложке 81С 11 ,2 _ 37,6 57,5 [12]
на металлической подложке 15,5 - 46,6 19,6
а-Ре203-нановыступы:
до обработки 10 0,06 > 20 _ [13]
после обработки при 200 °С 10 0,5 > 12,2 _
'^8049-нанопроволока: необработанная обработанная в Лг и Н2 2,5 3 _ 6 8 7,5 3 [14]
ТЮ2-полианилиновые
нанотрубки 0,95 0,001 > 2,28 1 [15]
С-графитоподобные пленки < 1,5 _ 4 1 [16]
УНТ 2 - 4,75 6,5
УНТ с алмазоподобной
С-пленкой: [17]
до обработки 2, 5 _ 4, 5 7, 5
после обработки 3,5 _ 5,75 7,5
С-структуры:
нитевидные 8 _ 12 0,05 [18]
пленочные 12 _ 20 0,1
1 нА 600 мкА
УНТ 2 (суммарный ток) 15 (суммарный ток) [19]
УНТ 1 _ 2,5 120 [20]
Адсорбция металлом электроотрицательных атомов, таких как кислород, галогены, углекислый газ и другие, приводит к увеличению работы выхода. В этом случае электрическое поле двойного слоя зарядов препятствует выходу электронов. Работа выхода при адсорбции, например кислорода, увеличивается на 1,5-2 эВ. Принято считать, что образование тонкого окисного слоя на металле не ухудшает эмиссионных свойств (в оксидных катодах целенаправленно используется покрытие из оксидов щелочно-земельных металлов).
Основной недостаток металлических катодов - нестабильность тока и малый срок службы в высоком техническом вакууме. Массированная ионная бомбардировка остаточных газов вызывает катодное распыление острия, что приводит к изменению его микрогеометрии и, следовательно, напряженности поля у поверхности. Эти процессы в конечном итоге обусловливают нестабильность эмиссионного тока и малый срок службы катода.
Критическими факторами для УНТ-катодов выступают воспроизводимость УНТ по высоте и форме, необратимые трансформации в геометрии «леса» нанотрубок, совместимость с технологией микроэлектроники. Для микрокатодов на основе алмазографи-товых слоев основное препятствие - высокая температура осаждения (около 1000 °С). При низких температурах (менее 400 °С) возникает проблема воспроизводимости не-однородностей по форм-фактору. В целом для углеродных материалов характерный недостаток заключается в деградации материала в условиях плохого вакуума, вызванной реакцией вида C + O"^ СО Т + ё~.
Именно химическая стабильность и совместимость с кремниевой технологией является главным преимуществом SiC.
Пути применения карбида кремния в микрокатодах. Первым сообщением об автоэмиссии из микроразмерного SiC следует считать работу Бэйкера [21]. Поскольку эмиссия зависит от морфологии SiC, а также от технологии формирования SiC-наноструктур, перечислим существующие в настоящее время в кремниевой микроэлектронике варианты морфологии:
1 - острийная SiC/Si-структура [22, 23];
2 - пористый SiC-слой [24];
3 - горизонтальные SiC-нанопроволоки [25];
4 - вертикальные SiC-вискеры и/или прутья (впервые получены в 1995 г. путем реакции «леса» УНТ с парами SiO [26]);
5 - порошковые SiC-частицы на поверхности кремния [27, 28];
6 - ионно-синтезированные SiC-включения (протрузии) на поверхности кремния [29, 30];
7 - графен после графитизации SiC-слоя (Carbide-Derived Carbon).
Технологически можно считать связанными варианты морфологии 2, 5 и 7,
получаемые в сходных процессах [31], но в разных режимах. Также морфологии 3 и 4 часто получаются одновременно. В табл.3 и 4 приведены основные автоэмиссионные характеристики ряда конструкций SiC-микрокатодов с указанием метода получения.
Достижение достаточной поверхностной проводимости SiC-структур напрямую влияет на предэкспоненциальный множитель в уравнении Фаулера-Нордгейма. Один из потенциально возможных способов улучшения эмиссии заключается в легировании фосфором или другими электрически активными примесями. Иной механизм подсказан как практикой вакуумной электроники, так и экспериментами с SiC/SiOx-кабелями [46] различных ориентаций. Эффект 10-нм оксидной пленки связан, по-видимому, с
Таблица 3
Автоэмиссионные характеристики SiC-наноструктур [7]
Пороговое Форм- Время Отклоне- Лите-
SiC-эмиттеры Метод синтеза поле эмис- фактор, тестиро- ние тока, ратура
сии, В/мкм ß вания %
Реакция упорядоченных УНТ с SiO 0,7-1,5 24 -3 [32]
Катализ при нагреве 3,33 - - - [33]
Нанопроволоки Термическое осаждение 10,1 - - - [34]
Термическое осаждение 5 839 100 4 [35]
Термическое осаждение 3,1-3,5 104 2 15 [36]
Нанопроволоки, покрытые BN УЬ8-процесс 6 - - - [37]
SiC-нанопрово-локи, покрытые C СУБ 4,2 - - - [38]
SiC/Si-гетеро-структуры Высокотемпературная имплантация углерода в кремний 2,6 при 1 мкА/см2 - - - [39]
Примечание: CVD (chemical vapor deposition) - осаждение из газовой фазы, сопровождающееся химическими реакциями между компонентами смеси; VLS (vapor-liquid-solid) - кристаллизация вещества, обычно на нановискеры, путем осаждения вещества из газовой фазы на каплю катализатора.
появлением ловушечных уровней в запрещенных зонах SiC и SiOx, что понижает работу выхода электрона ф. Другой способ состоит в модификации зонной структуры за счет квантово-размерных эффектов. Уменьшение поперечных размеров SiC-нановискеров, SiC-частиц в виде интрузий или протрузий или толщины SiC-покрытия, например кремния, сдвигает потолок зоны проводимости к уровню вакуума. Одновременно это уменьшение приведет к увеличению форм-фактора ß (field enhancement factor). Определенный интерес вызывает обнаруженная [49] металлизация и/или пассивация водородом поверхности SiC, что может быть использовано для автоэмиссии. Отметим, что водородные связи оказываются устойчивыми в отношении кислорода.
Основная проблема автоэмиссии из SiC-вискеров - беспорядочность [50], несмотря на предпринимаемые усилия [32], их пространственного расположения, что, как и в случае УНТ, может сказаться на стабильности эмиссии. Деление на горизонтальные и вертикальные SiC-вискеры (проволоки или прутья, трубки [25]) достаточно условно, возможны даже «цветы» из SiC-вискеров [51]. Тем не менее, расчеты ab initio работы выхода из SiC-нанотрубок представляют интерес (считая от уровня Ферми, ф = 3,6-5,4 эВ [52]). Что касается графитизации, то она достигается либо термической модификацией SiC (перераспределение атомов кремния при температуре около 1700 °С), либо удалением атомов Si в среде HCl или Cl2 при более низких, около 900 °С, температурах [31]. При этом возможно образование пористых структур смешанной природы, потенциально привлекательных для автоэмиссии, но трудновоспроизводимых. По данным [24], удалось получить стабильную автоэмиссию из нанопористого SiC при плотностях тока до 6 А/см2 при напряженности поля около 8 В/мкм. Непосредственное, рассматриваемое не как промежуточное для получения нанопористого углерода, использование SiC-порошков, по-видимому, требует обеспечения высокой степени адгезии к поверхности эмиттера.
Таблица 4
Автоэмиссионные характеристики SiC-наноструктур некоторых морфологий
Порого- Порого- Расстоя- Макси- Макси- Лите-
Морфология Метод получения вое поле, В/мкм вый ток, мА/см ние катод-анод, мкм мальное поле, В/мкм маль-ный ток, мА/см2 ратура
1 2 3 4 5 6 7 8
Р-&С- LPCVD, H2+CH4+SiO,
нанопрутья (5-10/1000 нм), неупорядочен- 1200 °C, суммарно 10 Торр, Fe-катализатор, VLS-механизм роста 13-17 0,01 35-13 30 Около 0,32 [40]
ныи «лес»
6Н-81С, объем- Подложки Cree Research
ный, легирован- толщиной 0,005 дюйма
ный азотом (по- до обработки 33 (3x3) 0,2 нА
верхность 3x3 и 1x1) после H-плазменной пассивации (сродство к электрону 3,0 и 3,9 эВ) 50 (1x1) (3 x 3) 0,2 нА (гистерезис) (1 x 1) 0,1-12 [41]
81С-интрузии и Имплантация ионов С
тонкие слои энергией 35 кэВ с дозой
(150 нм) на поверхности около 1018 см2 и последующий отжиг в азоте в течение 2 ч при температуре 1200 °C 1-18 0,001 20 > 4 > 0,03 [42]
81С-нановис- Испарение порошков С
керы диамет- и Si при температуре
ром 50-300 нм 1000 °C в течение 2 ч на
в оболочке 810х воздухе (5 103 Па). Ка- > 7,2 > 50 [43]
толщиной тализатор - Fe3O4
10 нм 3,2-5,3 0,001-10 200
20 нм 1,1-2,3 0,001-10 100
Р-&С/С- Имплантация ионов С
интрузии на по- энергией 35 кэВ с дозой
верхности 81: без отжига 1 • 1018см~2 и последующий отжиг в аргоне в 12 0,001 25 24 0,2 [29]
с отжигом течение 1-2 ч при температуре 1200 °C 2,5-17,5 0,001 25 33 0,23 (отжиг-2 ч)
Графитизиро-
ванный 81С,
острийный катод (площадь эмиссии SiC-подложка и отжиг 60 - 0,5 (расчет) 100 1500 (расчет) [44]
0,2 мкм2)
Окончание
1 2 3 4 5 6 7 8
нановискеры 15-25 нм в оболочке БЮ2 толщиной 10-20 нм и без оболочки Катализатор - МО-частицы на поверхности Нагревание в Лг при температуре 1100 °С в течение 3 ч в присутствии порошков графита и 4 3,3-4,5 0,01 0,01 200 5, 2 5,2 4,6-5,7 0,07 [45]
р-^с- нанопроволоки на Р (беспорядочные, горизонтальные) Испарение порошка БЮ в графитовом тигле (индуктивный нагрев с температурой цилиндра 1450 °С) 3,5-3,1 0,01 100-140 > 6,0-4,2 > 0,06-0,08* [36]
На БЮ-нанопроволоки трех морфоло-гий (5 мкм / 50-80 нм) в оболочке БЮ2 толщиной 2-3 нм Катализатор - Бе, реакция между СН4 и БЮ2 1-1,5 0,001 - > 2,5 2 [46]
р-&с- нанопроволоки на графите (беспорядочные, горизонтальные) Термическое испарение Б1-порошка 2,1 0,01 - > 3,8 > 0,68 [47]
Наноразмерные БЮ-покрытия острийного Б1-катода** Электронный циклотронный резонанс при травлении кремния в плазме Н2+Лг+СН4+Б1Н4 при температуре 200 °С 0,35 0,01 - 1 3 [22]
нановискеры (50 нм/100 мкм) в ямках травления БЮ2 на диаметром 150 нм Пиролиз паров СН3СК на частицах N1 при температуре 800 °С 1 - 5001000 >2,1-1,2 6-3 (небольшой гистерезис) [48]
Примечание: LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) - осаждение при низком давлении. Стабильность в эмиссии в течение 2 ч составляла 15% отклонения по току.
** Диаметр основания конуса - 1 мкм, толщина SiC-покрытия - 1 нм, плотность матрицы - 1010 см-2.
Ключевые стратегии улучшения полевой эмиссии остаются актуальными и для Б1С-микрокатодов: инжиниринг запрещенной зоны, включая увеличение поверхностной проводимости, и формирование рельефа для достижения большего форм-фактора р. Выбирая из многообразия конструктивных решений, предпочтение отдается БЮ-интрузиям или SiC-протрузиям в зависимости от позиционирования в приповерхностном слое и тонким SiC-покрытиям острийного поликристаллического Бькатода.
Литература
1. Лебедев А.А. Центры с глубокими уровнями в карбиде кремния: обзор // ФТП. _ 1999. _ Т. 33. -Вып. 2. - С. 129-155.
2. Лучинин В., Таиров Ю. Отечественный полупроводниковый карбид кремния: шаг к паритету // Современная электроника. _ 2009. - Вып. 7. - С. 12-15.
3. Полищук А. Полупроводниковые приборы на основе карбида кремния _ настоящее и будущее силовой электроники // Компоненты и технологии. _ 2004. _ Вып.4. _ С. 40_45.
4. Андриевский Р.А. Наноразмерный карбид кремния: синтез, структура, свойства // Успехи химии. _ 2009. _ № 78. _ Т. 9. _ С. 889_900.
5. Эмиссионная электроника на основе нано- (микро-) структурированных углеродных материалов / С. Вартапетов, Э. Ильичев, Р. Набиев и др. // Наноиндустрия. _ 2009. _ Вып. 5. _ С. 12_18.
6. Аристов В.Ю. Поверхность p-SiC(100): атомная структура и электронные свойства // УФН. _ 2001. _ Т 171. _ № 8. _ С. 801 _ 826.
7. Inorganic semiconductor nanostructures and their field-emission applications / Xiaosheng Fang, Yoshio Bando, Ujjal K. Gautam et al. // J. of Materials Chemistry. _ 2008. _ N 18. _ P. 509_522.
8. Zhang X., Zhang L., Wang E. Nano- ZnO Film for field emission lighting tube // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22, 2011). _ 2011.
9. The usage of zinc oxide nanorods in nanoelectronics and nanophotonics. _ URL: http://nanotechnology.sfedu.ru/mod/page/view.php?id=100 (дата обращения: 16.11.2012 )
10. Wang Ru-Zhi, Zhao W., Wang H. Field emission from AlGaN/GaN quantum-well nanotip arrays // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
11. Liu G.X., Chen J., Deng S.Z. Preparation of CuO nanowire field emitter arrays by thermal oxidation in water vapor containing environments and their field emission properties // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
12. Shen Y., Deng S.Z., Zheng Y. Synthesis and field emission properties of molybdenum nanowall arrays // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
13. Wu J.Q., Chen J., Deng S.Z. Enhancement of field emission of iron oxide nanoemitters by thermal treatment // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
14. Mo F., Liu F., Guo T. Improvement of field emission uniformity of tungsten oxide nanowire arrays via in-situ gas plasma treatment // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
15. Synthesis of titanium oxide-polyaniline nanotube composite and its superior field emission characteristics / Sandip S. Patil. // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
16. Образцов А.Н., Павловский И.Ю., Волков А.П. Автоэлектронная эмиссия в графитоподобных пленках // ЖТФ. _ 2001. _ Т. 71. _ Вып. 11. _ С. 89.
17. Liang Y., Zhand Y., Chen J. The improvement of environmental stability of carbon nanotube cold cathode with a diamond-like carbon coating // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
18. Arai C., Gamo M.N., Gamo H. Liquid phase deposition and field emission measurements of the carbon nanomaterials grown in 1-octanethiol // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
19. Serbun P., Rutkowski S., Navitski A. Field emission from carbon nanotube (CNT) arrays and triode test of single CNT columns // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
20. Kim J. W., Kang J. T., Jeong J. W. Development of high-temperature endurable CNT emitter for a cold cathode X-ray tube // Proc. of 24-th Inter. Vacuum Nanoelectronics Conf. (Wuppertal, Germany, July 18_22 2011). _ 2011.
21. Francis S. Baker. Field Emission from Silicon Carbide Whiskers // Nature. _ 1970. _ 225. _ P. 539_540.
22. Lo H.C., Das D., Hwang J.S., Chen K.H. SiC-capped nanotip arrays for field emission with ultralow turn-on field // Appl. Phys. Lett. _ 2003. _ Vol. 83(7). _ P. 1420 _ 1422.
23. Peculiarities of field emission from silicon carbide films / A.A. Evtukh, N.I. Klyui, V. G. Litovchenko et al. // Appl. Surface Science. _ 2003. _ Vol. 215. _ Is. 1_4. _ P. 237_241.
24. Myung-Gyu Kang, Henri J. Lezers, Fred Sharifi. Stable field emission from nanoporous silicon carbide // Nanotechnology. _ 2013. _ Vol. 24. _ Article 065201.
25. Wei Feng, Jingtao Ma, Weiyou Yang. Precise control on the growth of SiC nanowires // CrystEngComm. _ 2012. _ № 14. _ P 1210_1212.
26. Synthesis and characterization of carbide nanorods / H.J. Dai, E.W. Wong, Y.Z. Lu et al. // Nature (London). _ 1995. _ 375. _P. 769.
27. Tomomi Yoshimoto, Naohiro Yokogawa, Tatsuo Iwata. Field Emission from Silicon Carbide (SiC) Micropowders // Jpn. J. Appl. Phys. - 2006. - Vol. 45, L482, (Jap. J. Appl. Phys. Pt 2. - Vol. 45, num: 17-19, 482-484, published: 11 November 2007).
28. Shornikova A.L., Sheshin E.P., Gordeev S.K. Comparative analysis of field emission properties of SiC powder with different synthesis parameters // Advanced Carbon Nanostructures. - 2011. - P. 6.26.
29. Tsang W.M., Wong S.P., Lindner J.K.N. Origins of field enhancement in electron field emission from ion beam synthesized SiC layers // Appl. Phys. Lett. - 2002. - Vol. 81 (21). - P. 3942-3944.
30. Структурные исследования тонких слоев кремния, многократно имплантированных ионами углерода / К.Х. Нусупов, Н.Б. Бейсенханов, И.В. Валитова и др. // ФТП. - 2006. - Т. 48. - Вып. 7. -С. 1187-1199.
31. Volker Presser, Min Heon, Yury Gogotsi. Carbide-Derived Carbons - From Porous Networks to Nanotubes and Graphene // Adv. Funct. Mater. - 2011. - N 21. - P. 810-833.
32. Oriented silicon carbide nanowires: synthesis and field emssion properties / Z. W. Pan, H. L. Lai, F. C. K. Au, X. Duan et al. // Adv. Mater. - 2000. - N 12. - 1186-1190.
33. Field emission study of SiC nanowires/nanorods directly grown on SiC ceramic substrate / S.Z. Deng, Z.B. Li, W.L. Wang et al. // Appl. Phys. Lett. - 2006. - N 89. P. 023118- 023121.
34. Synthesis, characterization and field-emission properties of bamboo-like fA-SiC nanowires / G.Z. Shen, Y. Bando, C.H. Ye et al. // Nanotechnology. - 2006. - N 17. - P. 3468.
35. Needle-shaped silicon carbide nanowires: Synthesis and field electron emission properties / Z.S. Wu, S.Z. Deng, N.S. Xu et al. // Appl. Phys. Lett. - 2002. - N 80. - P. 3829-3832.
36. Field emission from nonaligned SiC nanowires / W.M. Zhou, Y.J. Wu, E.S.W. Kong et al. // Appl. Surf. Sci. - 2006. - 253. - P. 2056.
37. Tang C.C., Bando Y. Effect of BN coatings on oxidation resistance and field emission of SiC nanowires // Appl. Phys. Lett. - 2003. - N 83. - P. 659.
38. Ryu Y.H., ParkB.T., Song Y.H., YongK.J. Carbon-coated SiC nanowires: direct synthesis from Si and field emission characteristics // Crystal Growth. - 2004. - N 271. - P. 99.
39. Electron field emission from SiC/Si heterostructures by high temperature carbon implantation into silicon / Y.M. Xing, J.H. Zhang, W. W. Yang et al. // Appl. Phys. Lett. - 2004. - N 84. - P. 5461-5464.
40. Thin p-SiC nanorods and their field emission properties / X.T. Zhou, H.L. Lai, H.Y. Peng et al. // Chemical Physics Letters. - 2000. - Vol. 318. - P. 58-62.
41. Brandon Lea Ward. Correlation of surface properties with electron emission characteristics for wide bandgap semiconductors // PhD thesis, North Carolina State University, Raleigh. - 1999. - 160 p.
42. Chen D., Wong S.P., Cheung W. Y. Electron field emission from SiC/Si heterostructures synthesized by carbon implantation using a metal vapor vacuum arc ion source // Appl. Phys. Lett. - 1998. - Vol. 72(15). - P. 1926-1928.
43. Wang X.J. Large scale SiC/SiOx nanocables: Synthesis, photoluminescence and field emission properties // J. of Applied Physics. - 2007. - Vol. 102. - Article 014309.
44. Оценка характеристик автоэмиссионных наноструктур на основе кремния и карбида кремния / А.М. Светличный, О.Б. Спиридонов, Е.Ю. Волков и др. // Изв. Южного федерального университета. Технические науки. - 2011. - Т. 117. - № 4. - С. 27-35.
45. Yonghwan Ryu, Youngjo Tak, Kijung Yong. Direct growth of core-shell SiC-SiO2 nanowires and field emission characteristics / Nanotechnology. - 2005. - Vol. 16. - S370-S374.
46. Core-shell nanowires with different shapes: Synthesis and field emission properties / L.Z. Cao, H. Jiang, H. Song et al. // Solid State Communications. - 2010. - Vol. - 150, Is. 15-16. P. 794-798.
47. Jianjun Chen, Qiang Shi, Weihua Tang. Field emission performance of SiC nanowires directly grown on graphite substrate // Materials Chemistry and Physics. - 2011. - Vol. 126 (3). - P. 655-659.
48. Автоэмиссионные свойства углеродных нанотрубок и SiC вискеров, синтезированных с использованием частиц Ni, осажденных в ионных треках SiO2 / А.В. Окотруб, А.Г. Куреня, А.В. Гусельников и др. // Российские нанотехнологии. - 2009.- Т. 4. - № 9 - 10. C.72-76.
49. Soukiassian P. Engineering cubic silicon carbide surfaces properties using hydrogen: Metallization versus passivation Appl. Phys. A. - 2006.- Vol. 82. - P. 421-430.
50. Karuppanan Senthil, Kijung Yong. Enhanced field emission from density-controlled SiC nanowires // Materials Chemistry and Physics. - 2008. - N 112. - 88-93.
51. Ghim Wei Ho, Andrew See Weng Wong, Dae-Joon Kang. Three-dimensional crystalline SiC nanowire flowers // Nanotechnology. - 2004. - Vol. 15. - N 8. - P. 996-999.
52. Fawei Zheng, Yu Yang, Ping Zhang. Work function of single-wall silicon carbide nanotube // Appl. Phys. Lett. - 2010. - N 97. - P. 263105-263108.
Статья поступила 11 ноября 2012 г.
Бобовников Павел Геннадьевич _ инженер-конструктор отдела исследования перспективных технологий наноэлектроники ОАО «НИИМЭ» (г. Москва). Область научных интересов: проблемы современной наноэлектроники, автоэмиссия, high-k-диэлектрики, углеродные материалы. E-mail: pbobovnikov@mikron.ru
Ермаков Александр Сергеевич _ ведущий инженер-технолог отдела исследования перспективных технологий наноэлектроники ОАО «НИИМЭ» (г. Москва). Область научных интересов: физические основы формирования и модифицирования тонкопленочных структур и материалов опто- и наноэлектроники с использованием плазмохимических процессов.
Матюшкин Игорь Валерьевич _ начальник лаборатории отдела исследования перспективных технологий наноэлектроники ОАО «НИИМЭ» (г. Москва). Область научных интересов: проблемы нанотехнологий, автоэмиссия, математическое моделирование наноразмерных структур технологических процессов наноэлектрони-ки, клеточные автоматы. E-mail: imatyushkin@mikron.ru
Орлов Сергей Николаевич _ начальник лаборатории отдела исследования перспективных технологий наноэлектроники ОАО «НИИМЭ» (г. Москва). Область научных интересов: проблемы нанотехнологий, автоэмиссионные элементы, МЭМС, НЭМС, биоэлектронные системы, искусственная жизнь.
Свечкарев Константин Петрович _ инженер-конструктор отдела измерений и исследований ОАО «НИИМЭ» (г. Москва). Область научных интересов: проблемы современной наноэлектроники, автоэмиссия, измерения наноразмерных величин.
Шелепин Николай Алексеевич _ 1-й заместитель генерального директора ОАО «НИИМЭ» (г. Москва). Область научных интересов: проблемы современной нано-технологии, пути развития и реализации промышленной технологии наноэлектро-ники.
Михайлов Алексей Николаевич _ кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией физики и технологии тонких пленок Научно-исследовательского физико-технического института Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского. Область научных интересов: физические основы формирования и модифицирования тонкопленочных структур и материалов опто- и наноэлектроники с использованием ионной имплантации.
Белов Алексей Иванович _ кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник лаборатории физики и технологии тонких пленок Научно-исследовательского физико-технического института Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского. Область научных интересов: физические основы ионно-лучевого синтеза и свойства полупроводниковых наноструктур (на базе элементов IV группы, металлов и оксидов).
УДК 67.02
Технология фольгированного полиимида для плоских электромагнитных компонентов
Г.А. Блинов1, А.Г. Борисов2, А.В. Любимов3
1ЗАО «НИИ микроприборов-Т» (г.Москва) 2Национальный исследовательский университет «МИЭТ» ЗАО «НПП «Оптические и электронные комплексы и системы» (г. Москва)
Рассмотрены основные принципы и технологические методы и приемы изготовления плоских электромагнитных компонентов (дросселей, трансформаторов) на основе двухсторонней фольгированной медью поли-имидной пленки Pyralux®AP-9212. Показана эффективность и преимущества плоских электромагнитных компонентов на основе полиимидной пленки по сравнению с компонентами, изготовленными по традиционной намоточной технологии.
Ключевые слова: фольгированная полиимидная пленка, многослойная печатная плата, плоский электромагнитный компонент.
Электромагнитные компоненты (ЭМК) (дроссели, трансформаторы) - это компоненты, которые входят в состав практически любой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). По сравнению с остальными радиокомпонентами ЭМК, изготовленные по традиционной технологии намотки провода на катушку, обычно характеризуются существенно большими габаритными размерами и массой. В случае вторичных источников питания именно массогабаритные характеристики ЭМК определяют конечные размеры и массу изделия.
При использовании высокочастотного сигнала на прохождение тока в ЭМК большое влияние начинают оказывать скин-эффект и эффект близости. Например, при использовании медных проводников влияние скин-эффекта становится заметным начиная с частоты 100 кГц [1]. Это влияние, с одной стороны, приводит к тому, что значительная часть объема проводника цилиндрической формы (провода) не участвует в переносе тока, а с другой - увеличивается активное сопротивление, в результате чего снижается добротность устройства и растут потери. Поэтому ЭМК, изготовленные по традиционной технологии, на высоких частотах (порядка сотен килогерц) обладают низким КПД и, как следствие, высоким тепловыделением. В условиях высокой плотности компоновки компонентов, характерной для современной РЭА, ЭМК, являясь локальными источниками интенсивного выделения тепла, создают дополнительные трудности для обеспечения нормального теплового режима электронной аппаратуры. Эти проблемы могут быть решены при изготовлении обмоток ЭМК в виде единой многослойной печатной платы. В этом случае проводник имеет прямоугольное сечение, подбором толщины которого можно минимизировать влияние скин-эффекта. Расположение витков первичной и вторичной обмоток в смежных слоях печатной платы снижает эффект близости, повышает коэффициент связи и, соответственно, КПД устройства. Кроме того, такая технология позволяет интегрировать ЭМК в общую для всего уст-
© Г.А. Блинов, А.Г. Борисов, А.В. Любимов, 2013
