Научная статья на тему 'ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНАРНЫХ АВТОЭМИССИОННЫХ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА СПЛАВЕ CO-NB-N-(O)'

ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНАРНЫХ АВТОЭМИССИОННЫХ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА СПЛАВЕ CO-NB-N-(O) Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
86
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ / СПЛАВ / ПЛАНАРНЫЙ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ ДИОД / ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ / ПЛАЗМОСТИМУЛИРОВАННОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Громов Дмитрий Геннадьевич, Ерицян Георгий Спартакович, Кицюк Евгений Павлович, Савицкий Андрей Иванович, Скорик Сергей Николаевич

Интегральные автоэмиссионные приборы и ИС на их основе являются перспективным направлением микроэлектроники, которое связано с использованием низковольтных и стабильных автоэлектронных эмиттеров на базе наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ). Планарная конструкция автоэмиссионного прибора позволяет формировать УНТ на торце тонкой пленки катализатора толщиной 1-50 нм. В работе представлены результаты реализации интегральной технологии изготовления планарных автоэмиссионных диодов с катодом из УНТ, сформированных на торце тонкой проводящей пленки. УНТ выращены методом химического осаждения из паровой фазы. В качестве катализатора для выращивания использована тонкая пленка исходно аморфного сплава Co-Nb-N-(O). Особенность технологии состоит в кристаллизации сплава Co-Nb-N-(O) при нагреве в процессе химического осаждения из паровой фазы. В результате на поверхности сплава формируются наночастицы Co, которые являются катализатором роста УНТ. Показано, что эта особенность позволяет сформировать УНТ локально, только на открытых участках сплава Co-Nb-N-(O), например на торцах тонкой пленки. Обоснован выбор сплава Co-Nb-N-(O). Описаны этапы формирования планарных автоэмиссионных диодов на кремниевой подложке с использованием стандартных производственных технологических процессов. Приведены результаты измерения ВАХ приборов. Показано, что вид ВАХ обусловлен полевой эмиссией, характерной для УНТ. Разработанный технологический прием локального синтеза УНТ на торце топологически оформленных областей тонкой пленки сплава Co-Nb-N-(O) может быть встроен в интегральную технологию формирования планарных автоэмиссионных приборов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Громов Дмитрий Геннадьевич, Ерицян Георгий Спартакович, Кицюк Евгений Павлович, Савицкий Андрей Иванович, Скорик Сергей Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FORMATION OF PLANAR FIELD-EMISSION DEVICES BASED ON CARBON NANOTUBES ON CO-NB-N-(O) ALLOY

Integrated field-emission devices and ICs based on them are promising trend in microelectronics that is related to the use of low-voltage and stable autoelectronic emitters based on nanomaterials, such as carbon nanotubes (CNTs). Planar construction of field-emission devices allows the formation of CNTs at the end of 1-50 nm thick catalyst film. In this work, the results of the implementation of an integrated technology for the manufacture of planar field-emission diodes with a cathode made of CNTs formed at the end of a thin conducting film are presented. Thin film of an initially amorphous Co-Nb-N-(O) alloy was used as a catalyst for growing CNTs by chemical vapor deposition. A feature of the technology is the crystallization of the Co-Nb-N-(O) alloy during heating in the chemical deposition. As a result, cobalt nanoparticles form on the surface of the alloy and they are the catalyst for the growth of CNTs. It was shown that this feature makes it possible to form CNTs locally, only in open areas of the Co-Nb-N-(O) alloy, for example, at the ends of a thin film. The choice of the Co-Nb-N-(O) alloy has been substantiated. The stages of planar field-emission diodes formation on a silicon substrate using standard manufacturing processes are described. The results of measurements of current-voltage characteristics of devices are presented. It has been demonstrated that the current-voltage characteristics type is determined by the field emission specific for CNTs. The developed processing method of local synthesis of CNTs at the ends of topologically formed areas of thin film of the Co-Nb-N-(O) alloy can be incorporated into integrated technology for the manufacture of planar field-emission devices.

Текст научной работы на тему «ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНАРНЫХ АВТОЭМИССИОННЫХ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА СПЛАВЕ CO-NB-N-(O)»

Научная статья

УДК [621.382.2/.3]:620.3

doi:10.24151/1561-5405-2022-27-6-723-739

Формирование планарных автоэмиссионных приборов на основе углеродных нанотрубок на сплаве Co-Nb-N-(O)

12 1 3 13

Д. Г. Громов ', Г. С. Ерицян , Е. П. Кицюк , А. И. Савицкий ', С. Н. Скорик3, С. В. Дубков1, Е. Д. Гринаковский1'3, С. В. Булярский3'4, А. А. Дудин4, Л. С. Волкова4, Е. М. Еганова4, А. Ю. Трифонов1'5, М. В. Поляков4, А. П. Орлов4, Г. А. Рудаков4, В. В. Светухин3

1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия

Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова Минздрава России, г. Москва, Россия 3НПК «Технологический центр», г. Москва, Россия 4Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, г. Москва, Россия

5Научно-исследовательский институт физических проблем имени Ф. В. Лукина Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», г. Москва, Россия

andr.savitskiy@gmail.com

Аннотация. Интегральные автоэмиссионные приборы и ИС на их основе являются перспективным направлением микроэлектроники, которое связано с использованием низковольтных и стабильных автоэлектронных эмиттеров на базе наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ). Планарная конструкция автоэмиссионного прибора позволяет формировать УНТ на торце тонкой пленки катализатора толщиной 1-50 нм. В работе представлены результаты реализации интегральной технологии изготовления планарных автоэмиссионных диодов с катодом из УНТ, сформированных на торце тонкой проводящей пленки. УНТ выращены методом химического осаждения из паровой фазы. В качестве катализатора для выращивания использована тонкая пленка исходно аморфного сплава Со-№-К-(О). Особенность технологии состоит в кристаллизации сплава Со-№-К-(0) при нагреве в процессе химического осаждения из паровой фазы. В результате на поверхности сплава формируются наночастицы Со, которые являются катализатором роста УНТ. Показано, что эта особенность позволяет сформировать УНТ локально, только на открытых участках сплава Со-№-К-(0), например на торцах тонкой пленки. Обоснован выбор сплава Со-№-К-(0). Описаны этапы формирования планарных автоэмиссионных диодов на кремниевой подложке с использованием стандартных производственных технологических процессов. Приведены результаты измерения ВАХ приборов. Показано, что вид ВАХ обусловлен полевой эмиссией, характерной для УНТ. Разработанный технологический прием локального синтеза УНТ на торце топологически

© Д. Г. Громов, Г. С. Ерицян, Е. П. Кицюк, А. И. Савицкий, С. Н. Скорик, С. В. Дубков, Е. Д. Гринаковский, С. В. Булярский, А. А. Дудин, Л. С. Волкова, Е. М. Еганова, А. Ю. Трифонов, М. В. Поляков, А. П. Орлов, Г. А. Рудаков, В. В. Светухин, 2022

оформленных областей тонкой пленки сплава ^-№-N-(0) может быть встроен в интегральную технологию формирования планарных автоэмиссионных приборов.

Ключевые слова: углеродные нанотрубки, сплав, планарный электровакуумный диод, электронная эмиссия, плазмостимулированное химическое осаждение из газовой фазы

Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке Государственного соглашения 2020-2022 № FSMR-2020-0018 и РФФИ (проект № 19-38-90206).

Для цитирования: Формирование планарных автоэмиссионных приборов на основе углеродных нанотрубок на сплаве ^-№-N-(0) / Д. Г. Громов, Г. С. Ерицян, Е. П. Кицюк и др. // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 6. С. 723-739. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-6-723-739

Original article

Formation of planar field-emission devices based on carbon nanotubes on Co-Nb-N-(O) alloy

D. G. Gromov12, G. S. Eritsyan1, E. P. Kitsyuk3, A. I. Savitsky13, S. N. Skorik3, S. V. Dubkov1, E. D. Grinakovskiy13, S. V. Bulyarskiy34, A. A. Dudin4, L S. Volkova4, E. M. Eganova4, A. Yu. Trifonov1', M. V. Poliakov4, A. P. Orlov4, G. A. Rudakov4, V. V. Svetukhin3

1National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia

2

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow, Russia

3 n yy

SMC "Technological Centre ", Moscow, Russia

4Institute ofNanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Scientific Research Institute for Physical Problems named after F. V. Lukin of the National Research Centre "Kurchatov Institute ", Moscow, Russia

andr.savitskiy@gmail.com

Abstract. Integrated field-emission devices and ICs based on them are promising trend in microelectronics that is related to the use of low-voltage and stable autoelectronic emitters based on nanomaterials, such as carbon nanotubes (CNTs). Planar construction of field-emission devices allows the formation of CNTs at the end of 1-50 nm thick catalyst film. In this work, the results of the implementation of an integrated technology for the manufacture of planar fieldemission diodes with a cathode made of CNTs formed at the end of a thin conducting film are presented. Thin film of an initially amorphous Co-Nb-N-(O) alloy was used as a catalyst for growing CNTs by chemical vapor deposition. A feature of the technology is the crystallization of the Co-Nb-N-(O) alloy during heating in the chemical deposition. As a result, cobalt nanoparticles form on the surface of the alloy and they are the catalyst for the growth of CNTs. It was shown that this feature makes it possible to form CNTs locally, only in open areas of the Co-Nb-N-(O) alloy, for example, at the ends of a thin film. The

choice of the Co-Nb-N-(O) alloy has been substantiated. The stages of planar field-emission diodes formation on a silicon substrate using standard manufacturing processes are described. The results of measurements of current-voltage characteristics of devices are presented. It has been demonstrated that the current-voltage characteristics type is determined by the field emission specific for CNTs. The developed processing method of local synthesis of CNTs at the ends of topologically formed areas of thin film of the Co-Nb-N-(O) alloy can be incorporated into integrated technology for the manufacture of planar fieldemission devices.

Keywords, carbon nanotubes, alloy, planar electrovacuum diode, electron emission, plasma-enhanced chemical vapor deposition

Funding, the work has been supported by the State assignment 2020-2022 No. FSMR-2020-0018 and the Russian Foundation for Basic Research (project No. 19-38-90206).

For citation. Gromov D. G., Eritsyan G. S., Kitsyuk E. P., Savitsky A. I., Skorik S. N., Dubkov S. V., Grinakovskiy E. D., Bulyarskiy S. V., Dudin A. A., Volkova L. S., Eganova E. M., Trifonov A. Yu., Poliakov M. V., Orlov A. P., Rudakov G. A., Svetukhin V. V. Formation of planar field-emission devices based on carbon nanotubes on Co-Nb-N-(O) alloy. Proc. Univ. Electronics, 2022, vol. 27, no. 6, pp. 723-739. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-6-723-739

Введение. Изделия полупроводниковой электроники на ^-n-переходах характеризуются низкой радиационной стойкостью из-за возникновения радиационных дефектов, вызываемых высокоэнергетическими частицами. Это приводит к нарушению работы ^-n-переходов ввиду возрастания токов утечки и, как следствие, к выходу из строя ИС [1-3]. Автоэмиссионные приборы на основе углеродных нанотрубок (УНТ) имеют повышенную стойкость к облучению. Интегральные автоэмиссионные микроприборы и ИС на их основе - перспективное направление микроэлектроники, связанное с использованием низковольтных и стабильных автоэлектронных эмиттеров на базе наномате-риалов, таких как УНТ. Высокое аспектное отношение в сочетании с большой механической прочностью [4] и химической стабильностью [5] позволяют использовать УНТ в качестве автоэмиссионных катодов электровакуумных устройств в отличие от других материалов, например молибдена [6], кремния [7], алмаза [8], графита [9].

В планарной технологии наноэлектронных элементов катализаторы формируются на основе тонких пленок из веществ, одно из которых является катализатором, а другое - барьерным слоем. Пленка катализатора составляет 2-4 нм и состоит, как правило, из переходных металлов [10, 11]. Наночастицы катализатора формируются в результате последовательного окисляющего отжига, который устраняет загрязнения, и восстанавливающего отжига, который формирует наночастицы катализатора. Такая технология имеет следующие существенные недостатки. На границе катализатора, барьерного слоя и подложки происходят многочисленные взаимодействия, и границы слоев претерпевают существенные изменения [11]. В частности, металл катализатора диффундирует в барьерный слой и подложку, где формируются интерметаллические соединения, увеличивающие последовательное сопротивление автоэлектронного эмиттера. Кроме того, наблюдается явление коалесценции (мелкие наночастицы катализатора объединяются в более крупные). Распределение наноча-стиц по размерам становится более широким, а его максимум смещается в сторону больших диаметров. Это негативно сказывается на работе автоэлектронных эмитте-

ров, так как поле на эмитирующем конце нанотрубки уменьшается и надо увеличивать напряжение анода для получения необходимого тока эмиссии.

Планарная конструкция автоэмиссионного прибора, в которой УНТ формируются узким слоем в виде «лезвия» на торце тонкой пленки катализатора (Fe, Co, Ni) толщиной 1-50 нм [12-14], - один из способов решения указанных проблем. Однако у такого способа есть недостатки: низкая адгезия УНТ к поверхности каталитической пленки и плохо управляемый рост УНТ из-за специфики процесса химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ) на узком слое, в результате чего соседние трубки получаются разной и неконтролируемой длины и направленности.

В работе [15] описаны полученные структуры с УНТ, синтезированными на каталитическом аморфном сплаве. Продемонстрирована возможность локального роста УНТ достаточно однородных по длине и направленности на торцах пленки Ni-Nb-N-(O) толщиной 300 нм, так как они растут в виде массива [16]. Предложенный подход применения многокомпонентных пленок сплавов позволяет провести операцию травления и затем при термообработке локально сформировать частицы катализатора на поверхности тонкой пленки сплава.

Цель настоящей работы - разработка процесса локального синтеза УНТ на торцах топологически оформленных областей тонкой пленки сплава Co-Nb-N-(O) со встраиванием этого процесса в существующую интегральную планарную технологию, а также изучение электрофизических характеристик сформированных автоэмиссионных приборов.

Эксперимент. В качестве тестовой структуры планарного автоэмиссионного диода разработана топология встречно-штыревого типа. Подобная конструкция позволяет получить высокую плотность размещения структур с УНТ, занимая при этом малую площадь. Поперечный вид структуры схематично показан на рис. 1.

Тестовая структура выполнена на термически окисленной кремниевой подложке, покрытой тонким слоем Si3N4, который имеет технологическую функцию стоп-слоя при изготовлении топологии. Структура представляет собой два электрода (катод и анод) из тонкой пленки сплава Co-Nb-N-(O). Массив УНТ формируется локально на торце электродов. В идеальном случае для получения выпрямляющей характеристики желательно, чтобы анод был выполнен из другого материала, на котором невозможен рост УНТ. Однако это требует более сложного маршрута изготовления с дополнительными технологическими операциями. Для изучения автоэмиссионных возможностей УНТ на торце электрода изготовлена симметричная структура: УНТ как на аноде, так и катоде, т. е. при обратном включении можно наблюдать автоэмиссионную характеристику, а не обратную ветвь диода.

Исходная пленка каталитического сплава сформирована на поверхности подложек монокристаллического кремния диаметром 100 мм. Подложки предварительно были обработаны в растворе КАРО и перекисно-аммиачном растворе, затем окислены на толщину SiO2 0,65 мкм в диффузионной печи при температуре 1000 °C. Далее мето-

Рис. 1. Поперечный разрез структуры тестового

планарного автоэмиссионного прибора Fig. 1. Cross section of the test planar structure of field-emission device

дом химического осаждения из газовой смеси дихлорсилана и аммиака при температуре 780 °C сформированы тонкие пленки нитрида кремния Si3N4 толщиной 0,17 мкм.

Тонкая пленка катализатора Co-Nb-N-(O) толщиной 0,3 мкм сформирована методом магнетронного распыления сплавной мишени Nb-Co (70/30 масс. %) в газовой смеси аргона с азотом при комнатной температуре. Источником кислорода в слое катализатора является остаточная атмосфера, в результате чего уровень содержания кислорода оказывается нерегулируемым параметром в процессе осаждения и определяется остаточным давлением в камере, которое составляло 5 10-5 торр. Соотношение давлений газов в смеси Ar/N2 задано 9:1, общее давление в камере поддерживали на уровне 3 10 торр. Мощность на магнетроне в процессе напыления составляла 600 Вт. Перед распылением мишени поверхность подложки предварительно была подвергнута зачистке ионами аргона.

Поверхность тонкой пленки Co-Nb-N-(O) покрыта слоем SiO2 толщиной 0,8 мкм, который сформирован методом плазмостимулированного химического осаждения из газовой фазы при температуре 160 °C с использованием смеси моносилана и кислорода. Сформированный слой SiO2 в дальнейшем выполнял функции маскирующего слоя при последующем травлении пленки Co-Nb-N-(O) и защитного слоя в процессе синтеза УНТ, предотвращая рост УНТ на поверхности. Для формирования топологии тестового планарного эмиссионного прибора путем фотолитографии сформирована фоторези-стивная маска. Далее структуру подвергали травлению ионами аргона для удаления слоев SiO2 и Co-Nb-N-(O) до Si3N4. При этом мощность, подаваемая на источник, составляла 1200 Вт. Поток ионов вытягивался с помощью сетки диаметром 30 см, к которой было приложено напряжение 300 В, при этом ток равен 450 мА. Травление слоя проведено под углом 5° относительно нормали при напряжении ускорения 500 В. Во время травления для лучшей однородности подложка вращалась относительно своей оси со скоростью 20 об/мин. После удаления слоя фоторезиста открытыми оставались торцы пленки Co-Nb-N-(O), что позволило провести боковой синтез УНТ.

УНТ выращены методом плазмостимулированного химического осаждения из газовой фазы. Процесс синтеза проходил при температуре 650 °С в течение 15 с в газовой смеси ацетилена, аммиака и аргона в соотношении 1:1:3. Суммарное давление в камере составляло 2 торр. Мощность высокочастотной составляющей плазмы 20 Вт, низкочастотной - 30 Вт. Наночастицы катализатора, необходимые для роста УНТ, сформированы из сплава Co-Nb-N-(O) непосредственно перед синтезом УНТ в процессе нагрева до температуры 650 °С. Изготовленные образцы тестовых планарных автоэмиссионных приборов исследованы с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) JEOL JEM-2100 Plus, оснащенного приставкой для рентгеновского энергодисперсионного микроанализа EDAX. Также для проведения исследований использован электронно-ионный растровый микроскоп FEI Helios NanoLab 650i DualBeam.

Схема стенда для измерения адгезии и фотография его фрагмента представлены на рис. 2. К поверхности массива УНТ с использованием клея-геля Loctite 454 приклеен диск площадью 2,3 мм2, к которому предварительно была припаяна консоль. Исследуемый образец помещен на специальную подставку и надежно закреплен посредством специальной планки. Консоль прикреплена к электронному динамометру. Динамометр нагружен до отрыва консоли от образца с фиксацией значения усилия отрыва F. Давление, с которым происходит отрыв консоли, равно: P = F/S, где S - площадь приклеенного к массиву УНТ диска.

Рис. 2. Схема стенда для измерения адгезии (а) и фотография его фрагмента (б): 1 - основание установки; 2 - подставка под образец; 3 - образец с УНТ; 4 - консоль; 5 - крюк динамометра; 6 - динамометр; 7 - панель управления прибором; 8 - экран; 9 - рукоять для регулировки высоты;

10 - место контакта клеевого состава Fig. 2. Scheme of the stand for measuring adhésion (a) and photograph of its fragment (b): 1 - installation base; 2 - support for the sample; 3 - sample with CNT; 4 - console; 5 - dynamometer hook; 6 - dynamometer; 7 - instrument control panel; 8 - screen; 9 - height controller; 10 - contact place of the

adhesive composition

Для исследования ВАХ использовали специальный измерительный вакуумный стенд. Образцы помещали в вакуумную камеру измерительного стенда, зонды устанавливали на соответствующие контактные площадки. Для получения автоэмиссионных ВАХ использовали анализатор полупроводниковых приборов Keysight B1500A. Электрофизические измерения проводили при комнатной температуре, остаточном давле-

-7

нии не ниже 5 10 торр и при приложении постоянного напряжения к аноду до 140 В.

Результаты и их обсуждение. Оптимизация процесса синтеза УНТ. Ранее исследованы различные сплавы Ct-Me-N-(O) (Ct - металл, катализатор роста УНТ, Me - переходный металл), на которых возможен рост УНТ [17]. Отметим, что исходная пленка сплава Ct-Me-N-(O) является аморфной и не содержит частиц катализатора, необходимых для роста УНТ. Однако при нагреве аморфный сплав Ct-Me-N-(O) кристаллизуется, в результате чего на его поверхности формируются ограненные кристаллические частицы каталитического металла Ct. При этом остальная пленка сплава обедняется Ct. Именно на этих наночастицах растут УНТ. Анализ, проведенный в [16], показал, что более тонкие УНТ растут на частицах Co. Поэтому выбран сплав Co-Nb-N-(O). При реализуемой конструкции электровакуумного диода образовавшаяся после роста УНТ пленка сплава играет роль электрода. Следовательно, она должна иметь достаточно высокую электропроводность.

В ходе предварительных исследований выявлено, что такие металлы, как Ti, Zr, Ta, Cr, V, в процессе формирования пленки сплава и ее последующей термообработки в процессе роста УНТ методом ХОПФ неконтролируемым образом поглощают кислород, что приводит к сильному снижению электропроводности пленки. Аналогичное явление наблюдается и для Nb, но оксид NbO является электропроводящим [18]. Кроме того, при механическом воздействии на массив УНТ, выращенный на сплаве Ni-Nb-N-(O),

обнаружено, что трубки разрушаются, но не отрываются от пленки сплава. Это указывает на очень хороший контакт между УНТ и пленкой сплава, поэтому в качестве Ме выбран ЫЬ. В системе Со-ЫЪ образуется набор интерметаллических соединений, поэтому при низком содержании Со в пленке Со-ЫЪ образование наночастиц Со оказывается затруднительным, из-за того что весь Со связан в интерметаллические соединения. В результате введения азота в камеру в процессе магнетронного распыления создаются условия для формирования соединения ЫЪЫ, которое имеет хорошую электропроводность. Таким образом, это не позволяет Со создавать связи с ЫЪ. В результате Со при кристаллизации по границам зерен диффундирует на поверхность пленки и формирует на ней наночастицы.

Изучение исходной пленки Со-ЫЬ-Ы-(О) с помощью ПЭМ показало, что она является рентгеноаморфной и ее дифрактограмма имеет вид размытого кольца (гало). Это характерно для аморфных материалов и аналогично результату, наблюдаемому ранее для других сплавов [15]. На рис. 3 представлены результаты ПЭМ-исследования тонкой пленки Со-ЫЬ-Ы-(О) после нагрева при температуре 650 °С в течение 15 мин, необходимого для реализации процесса ХОПФ-синтеза УНТ. Поведение сплава Со-ЫЬ-Ы-(О) аналогично поведению других сплавов, подробно описанному в [16]: в процессе термообработки происходит его кристаллизация и диффузия каталитического металла, в данном случае Со, на поверхность с образованием его наночастиц.

0 Расстояние, мкм 0,07

в

250 нм

6

Рис. 3. Результаты ПЭМ-исследования тонкой пленки Co-Nb-N-(O) после термической обработки при температуре 650 °С в течение 15 мин: а - ПЭМ-изображение поверхности слоя Co-Nb-N-(O) с наночастицей Co; б - карта распределения Co на основании энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX-спектров); в - изменение интенсивности EDX-сигнала Co, Nb и O по линии,

обозначенной на рис. 3, б Fig. 3. TEM investigation results of Co-Nb-N-(O) thin film after heat treatment at 650 °C for 15 min: a - TEM image of the Co-Nb-N-(O) layer surface with Co nanoparticle; b - cobalt distribution map based on EDX spectra; c - EDX signal intensity change of the Co, Nb, and O along the line indicated in fig. 3, b

Проведены исследования по оптимизации процесса синтеза УНТ на пленке сплава Со-ЫЪ-Ы-(О). Максимально быстрый рост УНТ наблюдается при температуре 650 °С (рис. 4). За 5 мин на сплаве Со-ЫЪ-Ы-(О) вырастает массив многостенных тонких УНТ высотой почти 26 мкм, диаметр которых в пределах массива, как показали измерения, варьируется от 5 до 12 нм.

Рис. 4. РЭМ-изображение массива УНТ на пленке Co-Nb-N-(O) Fig. 4. SEM image of CNTs array on Co-Nb-N-(O) film

Недостатком ХОПФ-синтеза УНТ на поверхности подложки является низкая адгезия УНТ к поверхности, на которой они сформированы. Поэтому полученные образцы с массивами УНТ изучены с целью определения адгезии по описанной методике. Для сравнения измерена адгезия массивов УНТ, выращенных на наночастицах, сформированных классическим образом путем физического осаждения на поверхность. Измерения показали, что адгезия массива УНТ к поверхности была не менее 5,0 МПа. Данное значение выше требования ОСТ4 Г0.054.238 «Микросборки. Платы. Тонкопленочные типовые технологические процессы». При этом исследование оторванных поверхностей показало, что во всех случаях имел место отрыв клея от массива УНТ без разрушения УНТ, а не отрыв массива УНТ от поверхности осаждения. Это указывает на то, что реальное значение адгезии массива УНТ в поверхности сплава Со-ЫЪ-Ы-(О), на котором они синтезированы, выше измеренного значения. В то же время адгезия УНТ, выращенных классическим образом, составляет только 2,0 МПа.

Интегральная технология формирования автоэмиссионных диодов. Для изготовления тестовых автоэмиссионных диодов реализована планарная интегральная технология по маршруту, представленному на рис. 5. На подложках кремния выращен слой БЮ2 толщиной 0,3 мкм методом термического окисления (рис. 5, а). Методом химического осаждения из газовой фазы сформирован слой SiзN4 толщиной 170 нм в качестве стоп-слоя (рис. 5, б), который необходим при травлении. На диэлектрические слои методом магнетронного распыления нанесена тонкая пленка сплава Со-ЫЪ-Ы-(О) толщиной 300 нм (рис. 5, в). Поверхность Со-ЫЪ-Ы-(О) покрыта защитным слоем SiO2 толщиной 1 мкм (рис. 5, г). На полученной многослойной структуре методом фотолитографии сформирована фоторезистивная маска (рис. 5, д). Полученная структура подвергнута «сухому» травлению ионами аргона, которое контролировали с помощью интегрированного вторично-ионного масс-спектрометра и в процессе которого через фоторезистивную маску протравлены защитный слой SiO2 и тонкая пленка сплава Со-№-N-(0) до стоп-слоя Si3N4 (рис. 5, е). После этого фоторезистивная маска была уда-

лена жидкостным способом в диметилформамиде и поверхность зачищена от углерод-содержащих продуктов в кислородной плазме (рис. 5, ж). На завершающем этапе осуществлен процесс синтеза УНТ. Поскольку открытыми участками каталитического сплава Со-ЫЬ-Ы-(О) являются только протравленные торцы пленки, а вся остальная поверхность сплава Со-ЫЬ-Ы-(О) покрыта защитным слоем SiO2, синтез УНТ происходит локально, только на торцах пленки сплава Со-ЫЬ-Ы-(О) (рис. 5, з). Для измерения эмиссионных характеристик полученных диодов твердая изолирующая маска была удалена с поверхности структуры в разбавленной фтористоводородной кислоте. Затем образцы промывали в деионизованной воде и сушили в атмосфере азота (рис. 5, и).

Рис. 5. Маршрут изготовления тестовых планарных автоэмиссионных устройств на основе УНТ: а - окисление Si; б - осаждение Si3N4; в - напыление Co-Nb-N-(O); г - осаждение SiO2; д - фотолитография; е - травление (формирование твердой маски); ж - удаление фоторезиста;

з - синтез УНТ; и - удаление твердой маски Fig. 5. Manufacturing route for test planar field-emission devices based on CNTs: a - Si oxidation; b - Si3N4 deposition; c - Co-Nb-N-(O) deposition; d - SiO2 deposition; e - photolithography; f- etching (hard mask formation); g - photoresist removal; h - CNT synthesis; i - hard mask removal

На рис. 6, а показана конечная структура с множеством модулей с диодными структурами на подложке кремния. Подробное изображение одного из них приведено на рис. 6, б. Каждый модуль содержит по 12 автоэмиссионных диодов с различными зазорами между катодом и анодом: 2,5; 4; 4,5; 6 мкм. Модуль содержит общую контактную площадку анода и 12 отдельных контактных площадок катодов. На рис. 7 представлено РЭМ-изображение области, на которой хорошо видны массив УНТ, выросших на торце пленки сплава Co-Nb-N-(O), и зазор между катодом и анодом. Данное изображение демонстрирует минимальный литографически полученный зазор, равный 2,5 мкм. После выращивания УНТ между катодом и анодом остался зазор ~ 1 мкм.

Рис. 6. Подложка с тестовыми модулями после проведения процессов травления и осаждения (а) и увеличенное изображение тестового модуля (б) Fig. 6. Substrate with test modules after etching and deposition (a) and enlarged image

of the test module (b)

Рис. 7. РЭМ-изображение УНТ на торцах пленки Co-Nb-N-(O) Fig. 7. SEM image of CNTs at the ends of a Co-Nb-N-(O) film

905353535353535353535353

Исследование ВАХ полученной автоэмиссионной диодной структуры. Работоспособность полученных интегральных планарных электровакуумных диодов подтверждена исследованиями ВАХ приборов. Проведено множество измерений ВАХ изготовленных диодных структур с различным межэлектродным расстоянием. Результаты статистически обработаны. На рис. 8, а в качестве примера приведена ВАХ для изготовленных диодов на основе УНТ. Это типичная для диодов прямая ветвь с резко нелинейной, экспоненциальной зависимостью тока от приложенного напряжения. Резкое увеличение тока наблюдается при напряжении выше 100 В.

Рис. 8. ВАХ планарного электровакуумного диода на основе УНТ с межэлектродным расстоянием 4,5 мкм (а) и та же ВАХ в координатах Фаулера - Нордгейма (б) Fig. 8.1-V characteristics of a planar electrovacuum diode based on CNTs with interelectrode distance of 4.5 цш (a) and the same I-V characteristics in the Fowler - Nordheim coordinates (b)

Типичная ВАХ в диапазоне напряжений 100-110 В линеаризуется в координатах Фаулера - Нордгейма (рис. 8, б), при этом на зависимости тока от напряжения существует точка перегиба, соответствующая напряжению ~ 105 В. С учетом факта линеаризации ВАХ в указанных спецкоординатах, а также расстояния между катодом и анодом после выращивания на их торцевых поверхностях массивов УНТ (~ 1 мкм) можно полагать, что в системе реализуется автоэлектронная эмиссия с пороговым напряжением ~ 105 В. С учетом усиления поля вблизи вершин микроострий (по Лапласу) на расстояниях 3-7 диаметров УНТ, т. е. ~ 50 нм, это соответствует пороговому полю автоэлектронной эмиссии ~ 5 106 В/см.

Факт электронной эмиссии подтвержден результатом проведенного теста Форбса, который позволяет определить границы диапазона масштабированного барьерного поля/на поверхности эмиттера при определенном напряжении и [19]. Тест Форбса основан на расчете диапазона /отег-/иррег по полученным экспериментальным данным для максимального и минимального напряжений в эксперименте с последующим сравнением его с табличными полями [19, 20]. В рассматриваемом случае расчетные значения 11о™ег и /иррег составили соответственно 0,15 и 0,18. Согласно предложенной Форбсом модели, данные значения находятся в допустимых границах диапазона параметров /, характерных для вертикально ориентированных массивов УНТ на кремнии (0,14-0,18). Линеаризованный в спецкоординатах участок ВАХ в области напряжений 100-105 В (см. рис. 8, б, справа от точки перегиба), исходя из последовательности смены «барьерных» механизмов транспорта носителей на «подбарьерные» при повышении напряже-

ний на электродах вакуумных эмиссионных диодов, является участком термоактивированного туннелирования [21, 22].

На рис. 9 представлена зависимость порогового напряжения электровакуумных диодов от зазора между катодом и анодом, полученная при статистической обработке измерений диодных структур из разных кристаллов, находящихся в различных местах подложки. Здесь под пороговым напряжением принимается значение напряжения, при котором анодный ток достигает 10 нА. Из рисунка видно, что с коэффициентом корреляции 0,93 зависимость линеаризуется с точкой аппроксимации по пороговой напряженности ~ 20 В/мкм. С помощью полученного в результате аппроксимации (методом наименьших квадратов) линейного уравнения определено среднее значение напряженности электрического поля ~ 5 106 В/см, что соответствует результатам представленных оценок.

Заключение. Разработанный технологический прием локального синтеза УНТ на торце топологически оформленных областей тонкой пленки сплава Co-Nb-N-(O) встроен в интегральную технологию формирования планарных эмиссионных приборов. С использованием данной технологии изготовлены работоспособные планарные автоэмиссионные диоды. Анализ ВАХ полученных диодов показал, что наблюдаемая зависимость тока от напряжения определяется процессом полевой эмиссии. Вычисленное значение напряженности электрического поля порога эмиссии является характерным для эмиттеров на основе УНТ.

Литература

1. Зебрев Г. И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции. НИЯУ МИФИ, 2010. 148 с. [Электронный ресурс]. URL: http://www.нано-е.рф/uploads/files/ Zebrev_Radiacionnye_effekty.pdf (дата обращения: 07.10.2022).

2. Leroy C., Rancoita P.-G. Particle interaction and displacement damage in silicon devices operated in radiation environments // Rep. Prog. Phys. 2007. Vol. 70 (4). P. 493-625. https://doi.org/10.1088/0034-4885/70/4/R01

3. Pease R. L. Total ionizing dose effects in bipolar devices and circuits // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2003. Vol. 50. Iss. 3. P. 539-551. https://doi.org/10.1109/TNS.2003.813133

4. Strength of carbon nanotubes depends on their chemical structures / A. Takakura, K. Beppu, T. Nishihara et al. // Nat. Commun. 2019. Vol. 10. Art. No. 3040. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10959-7

5. On the stability and abundance of single walled carbon nanotubes / D. Hedman, H. R. Barzegar, A. Rosen et al. // Sci. Rep. 2015. Vol. 5. Art. No. 16850. https://doi.org/10.1038/srep16850

6. Huo С., Liang F., Sun A. Review on development of carbon nanotube field emission cathode for space propulsion systems // High Voltage. 2020. Vol. 5. Iss. 4. P. 409-415. https://doi.org/10.1049/hve.2019.0257

7. Kawano H. Effective work functions for ionic and electronic emissions from mono- and polycrystalline surfaces // Progress in Surface Science. 2008. Vol. 83. Iss. 1-2. P. 1-165. https://doi.org/10.1016/ j .progsurf.2007.11.001

8. Stimulated emission from nitrogen-vacancy centres in diamond / J. Jeske, D. W. M. Lau, X. Vidal et al. // Nat. Commun. 2017. Vol. 8. Art. No. 14000. https://doi.org/10.1038/ncomms14000

Рис. 9. Зависимость порогового напряжения электровакуумных диодов от зазора между

электродами Fig. 9. Dependence of the threshold voltage of electrovacuum diodes on the size of the gap between the electrodes

9. Gao S. W., Gong X. Z., Liu Y., Zhang Q. Q. Energy consumption and carbon emission analysis of natural graphite anode material for lithium batteries // MSF. 2018. Vol. 913. P. 985-990. https://doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/msf. 913.985

10. Булярский С. В., Басаев А. С. Катализаторы роста углеродных нанотрубок. Saarbrücken: LAMBERT Academic Publishing, 2015. 124 с.

11. Influence of a buffer layer on the formation of a thin-film nickel catalyst for carbon nanotube synthesis / S. V. Bulyarskiy, E. V. Zenova, A. V. Lakalin et al. // Tech. Phys. 2018. Vol. 63. P. 1834-1839. https://doi.org/10.1134/S1063784218120253

12. Эмиттеры из углеродных нанотрубок для планарной эмиссионной вакуумной микро- и нано-электроники / С. А. Гаврилов, Э. А. Ильичев, Э. А. Полторацкий и др. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 14. С. 75-81.

13. Латеральный эмиттер как базовый элемент интегральной эмиссионной электроники / С. А. Гаврилов, Э. А. Ильичев, А. И. Козлитин и др. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 11. С. 48-53.

14. Пат. 2250526 РФ. Эмиттер для интегральных приборов / С. А. Гаврилов, Э. А. Ильичев, Э. А. Полторацкий, Г. С. Рычков; заявл. 21.07.2003; опубл. 20.04.2005, Бюл. № 11. 9 с.

15. Unidirectional and bi-directional growth of carbon nanotubes on the catalytic Co-Zr-N-(O) material / P. Mierczynski, S. Dubkov, K. Vasilev et al. // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 12. P. 512-520. https://doi.org/10.1016/jj mrt.2021.03.015

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

16. Development of techniques for the formation of a planar electric vacuum diode based on an array of CNTs synthesized at the edge of the Co-Nb-N-(O) film / G. S. Eritsyan, D. G. Gromov, S. V. Dubkov et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 2103. Art. ID: 012120. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2103/1/012120

17. Growth of carbon nanotube arrays on various CtxMey alloy films by chemical vapour deposition method / P. Mierczynski, S. V. Dubkov, S. V. Bulyarskii et al. // J. Mater. Sci. Technol. 2018. Vol. 34. Iss. 3. P. 472480. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.01.030

18. Nico C., Monteiro T., Graga M. P. F. Niobium oxides and niobates physical properties: Review and prospects // Progress in Materials Science. 2016. Vol. 80. P. 1-37. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.02.001

19. Forbes R. G. Development of simple quantitative test for lack of field emission orthodoxy // Proc. R. Soc. A. 2013. Vol. 469. Iss. 2158. Art. ID: 20130271. https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0271

20. Попов Е. О., Колосько А. Г., Филиппов С. В. Тест на соответствие режиму холодной полевой эмиссии с применением приближений Элинсона - Шредника и Форбса - Дина (координаты Мерфи - Гуда) // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 17 (173). С. 6-9. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.17.49884.18373

21. Келдыш Л. В. О влиянии колебаний решетки кристалла на рождение электронно-дырочных пар в сильном электрическом поле // ЖЭТФ. 1958. Т. 34. № 4. С. 962-967.

22. Частотная дисперсия крутизны в полевых транзисторах на основе 5-легированных структур / В. А. Гергель, Э. А. Ильичев, Э. А. Полторацкий и др. // ФТП. 1991. Т. 25. Вып. 11. С. 1870-1876.

Статья поступила в редакцию 16.09.2022 г.; одобрена после рецензирования 21.09.2022 г.;

принята к публикации 14.10.2022 г.

Информация об авторах

Громов Дмитрий Геннадьевич - доктор технических наук, профессор Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), старший научный сотрудник Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова Минздрава России (Россия, 119435, г. Москва, ул. Большая Пироговская, 2, стр. 4), gromadima@gmail.com

Ерицян Георгий Спартакович - аспирант, младший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), gosha22_07@mail.ru

Кицюк Евгений Павлович - кандидат технических наук, начальник научно-исследовательской лаборатории перспективных процессов НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), kitsyuk.e@gmail.com

Савицкий Андрей Иванович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории перспективных процессов НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), andr.savitskiy@gmail.com

Скорик Сергей Николаевич - ведущий инженер научно-исследовательской лаборатории перспективных процессов НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), nilpp@yandex.ru

Дубков Сергей Владимирович - кандидат технических наук, доцент Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), sv.dubkov@gmail.com

Гринаковский Егор Денисович - аспирант Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), инженер-технолог опытного производства НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), theretribution25@gmail.com

Булярский Сергей Викторович - доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А), старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории перспективных процессов НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), bulyar2954@mail.ru

Дудин Александр Александрович - кандидат физико-математических наук, начальник отдела структурного анализа и метрологии Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А), dudin.a@inme-ras.ru

Волкова Лидия Сергеевна - младший научный сотрудник отдела структурного анализа и метрологии Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А), lidiya.volkova.96@mail.ru

Еганова Елена Михайловна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела микро- и наноэлектроники и биосенсорики Института нанотехно-логий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А), eganovaem@mail.ru

Трифонов Алексей Юрьевич - кандидат физико-математических наук, доцент Института физики и прикладной математики Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), начальник лаборатории физико-аналитических исследований Научно-исследовательского института физических проблем имени Ф. В. Лукина Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (Россия, 124460, г. Москва, г. Зеленоград, Георгиевский пр-т, 5), trif123456@yandex.ru

Поляков Максим Викторович - младший научный сотрудник отдела структурного анализа и метрологии Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А), maxsimpolykovv@gmail.com

Орлов Андрей Петрович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела структурного анализа и метрологии Института нанотехноло-гий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А), andreyorlov@mail.ru

Рудаков Григорий Александрович - научный сотрудник отдела разработок и исследований микро- и наносистем Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А), rudakov.g@inme-ras.ru

Светухин Вячеслав Викторович - член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, директор НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), svetukhin@mail.ru

References

1. Zebrev G. Radiation effects in silicon high scaled integrated circuits. MEPhi, 2010. 148 p. (In Russian). http://doi.org/10.13140/2.1. 1278.9442

2. Leroy C., Rancoita P.-G. Particle interaction and displacement damage in silicon devices operated in radiation environments. Rep. Prog. Phys., 2007, vol. 70 (4), pp. 493-625. https://doi.org/10.1088/0034-4885/70/4/R01

3. Pease R. L. Total ionizing dose effects in bipolar devices and circuits. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2003, vol. 50, iss. 3, pp. 539-551. https://doi.org/10.1109/TNS.2003.813133

4. Takakura A., Beppu K., Nishihara T., Fukui A., Kozeki T., Namazu T., Miyauchi Y., Itami K. Strength of carbon nanotubes depends on their chemical structures. Nat. Commun., 2019, vol. 10, art. no. 3040. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10959-7

5. Hedman D., Barzegar H. R., Rosén A., Wâgberg Th., Larsson J. A. On the stability and abundance of single walled carbon nanotubes. Sci. Rep., 2015, vol. 5, art. no. 16850. https://doi.org/10.1038/srep16850

6. Huo С., Liang F., Sun A. Review on development of carbon nanotube field emission cathode for space propulsion systems. High Voltage, 2020, vol. 5, iss. 4, pp. 409-415. https://doi.org/10.1049/hve.2019.0257

7. Kawano H. Effective work functions for ionic and electronic emissions from mono- and polycrystalline surfaces. Progress in Surface Science, 2008, vol. 83, iss. 1-2, pp. 1-165. https://doi.org/10.1016/ j.progsurf.2007.11.001

8. Jeske J., Lau D. W. M., Vidal X., McGuinness L. P., Reineck Ph., Johnson B. C., Doherty M. W., McCallum J. C. et al. Stimulated emission from nitrogen-vacancy centres in diamond. Nat. Commun., 2017, vol. 8, art. no. 14000. https://doi.org/10.1038/ncomms14000

9. Gao S. W., Gong X. Z., Liu Y., Zhang Q. Q. Energy consumption and carbon emission analysis of natural graphite anode material for lithium batteries. MSF, 2018, vol. 913, pp. 985-990. https://doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/msf.913.985

10. Bulyarskiy S. V., Basaev A. S. Carbon nanotube growth catalysts. Saarbrücken, LAMBERT Academic Publishing, 2015. 124 p. (In Russian).

11. Bulyarskiy S. V., Zenova E. V., Lakalin A. V., Molodenskii M. S., Pavlov A. A., Tagachenkov A. M., Terent'ev A. V. Influence of a buffer layer on the formation of a thin-film nickel catalyst for carbon nanotube synthesis. Tech. Phys., 2018, vol. 63, pp. 1834-1839. https://doi.org/10.1134/S1063784218120253

12. Gavrilov S. A., Il'ichev Eh. A., Poltoratskij Eh. A., Rychkov G. S., Dvorkin V. V., Dzbanovskiy N. N., Suetin N. V. Emitters from carbon nanotubes for planar emission vacuum micro- and nanoelectronics. Pis 'ma v ZhTF = JTP Letters, 2004, vol. 30, no. 14, pp. 75-81. (In Russian).

13. Gavrilov S. A., Il'ichev Eh. A., Kozlitin A. I., Poltoratskij Eh. A., Rychkov G. S., Dzbanovskiy N. N., Dvorkin V. V., Suetin N. V. Lateral emitter as a basic element of integrated emission electronics. Pis 'ma v ZhTF = JTP Letters, 2004, vol. 30, no. 11, pp. 48-53. (In Russian).

14. Gavrilov S. A., Il'ichev Eh. A., Poltoratskij Eh. A., Rychkov G. S. Emitter for integrated device. Patent 2250526 RF, publ. 20.04.2005, Bul. no. 11. 9 p. (In Russian).

15. Mierczynski P., Dubkov S., Vasilev K., Maniecki T., Kitsyuk E., Yeritsyan G., Szynkowska M. I., Trifonov A., Gavrilov S., Gromov D. Unidirectional and bi-directional growth of carbon nanotubes on the catalytic Co-Zr-N-(O) material. Journal of Materials Research and Technology, 2021, vol. 12, pp. 512-520. https://doi.org/10.1016/jjmrt.2021.03.015

16. Eritsyan G. S., Gromov D. G., Dubkov S. V., Kitsyuk E. P., Savitskiy A. I., Dudin A. A. Development of techniques for the formation of a planar electric vacuum diode based on an array of CNTs synthesized at the

edge of the Co-Nb-N-(O) film. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 2103, art. ID: 012120. https://doi.org/ 10.1088/1742-6596/2103/1/012120

17. Mierczynski P., Dubkov S. V., Bulyarskii S. V., Pavlov A. A., Skorik S. N., Trifonov A. Yu., Mierczynska A., Kitsyuk E. P., Gavrilov S. A., Maniecki T. P., Gromov D. G. Growth of carbon nanotube arrays on various CtxMey alloy films by chemical vapour deposition method. J. Mater. Sci. Technol., 2018, vol. 34, iss. 3, pp. 472-480. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.01.030

18. Nico C., Monteiro T., Graga M. P. F. Niobium oxides and niobates physical properties: Review and prospects. Progress in Materials Science, 2016, vol. 80, pp. 1-37. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.02.001

19. Forbes R. G. Development of simple quantitative test for lack of field emission orthodoxy. Proc. R. Soc. A, 2013, vol. 469, iss. 2158, art. ID: 20130271. https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0271

20. Popov E. O., Kolosko A. G., Filippov S. V. A test for compliance with the cold field emission regime using the Elinson - Schrednik and Forbes - Deane approximations (Murphy - Good plot). Tech. Phys. Lett., 2020, vol. 46, pp. 838-842. https://doi.org/10.1134/S1063785020090096

21. Keldysh L. V. On the effect of crystal lattice vibrations on the generation of electron-hole pairs in a strong electric field. JETP, 1958, vol. 34, no. 4, pp. 962-967. (In Russian).

22. Gergel' V. A., Il'ichev Eh. A., Poltoratskij Eh. A., Rodionov A. V., Tarnavskiy S. P., Fedorenko A. V. Frequency dispersion of steepness in field-effect transistors based on 5-doped structures. FTP = Physics and Technics of Semiconductors, 1991, vol. 25, no. 11, pp. 1870-1876. (In Russian).

The article was submitted 16.09.2022; approved after reviewing 21.09.2022;

accepted for publication 14.10.2022.

Information about the authors

Dmitry G. Gromov - Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Senior Scientific Researcher, I. M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation (Russia, 119435, Moscow Bolshaya Pirogovskaya st., 2, bld. 4), gromadima@gmail.com

Georgiy S. Eritsyan - PhD student, Junior Scientific Researcher of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), gosha22_07@mail.ru

Evgeny P. Kitsyuk - Cand. Sci. (Eng.), Head of the Research Laboratory of Advanced Processes, SMC 'Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), kitsyuk.e@gmail.com

Andrey I. Savitskiy - Cand. Sci. (Eng.), Senior Scientific Researcher of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Junior Scientific Researcher of the Research Laboratory of Advanced Processes, SMC "Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), andr.savitskiy@gmail.com

Sergey N. Skorik - Senior Engineer of the Research Laboratory of Advanced Processes, SMC "Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), nilpp@yandex.ru

Sergey V. Dubkov - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof. of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), sv.dubkov@gmail.com

Egor D. Grinakovskiy - PhD student, Junior Scientific Researcher of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Process Engineer of Pilot Production, SMC "Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), theretribution25@gmail.com

Sergey V. Bulyarskiy - Dr. Sci. (Phys.-Math.), Chief Researcher, Institute of Nanotech-nology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 199334, Moscow, Leninsky ave., 32A), Senior Scientific Researcher of the Research Laboratory of Advanced Processes, SMC "Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), bulyar2954@mail.ru

Aleksander A. Dudin - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Structural Analysis and Metrology Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 199334, Moscow, Leninsky ave., 32A), dudin.a@inme-ras.ru

Lidiya S. Volkova - Junior Scientific Researcher of the Structural Analysis and Metrology Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 199334, Moscow, Leninsky ave., 32A), lidiya.volkova.96@mail.ru

Elena M. Eganova - Cand. Sci. (Eng.), Senior Scientific Researcher of the Micro- and Nanoelectronics and Biosensorics Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 199334, Moscow, Leninsky ave., 32A), eganovaem@mail.ru

Alexey Yu. Trifonov - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Assoc. Prof. of the Institute of Physics and Applied Mathematics, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Head of the Laboratory of Physical and Analytical Research, Scientific Research Institute of Physical Problems named after F. V. Lukin of the National Research Centre "Kurchatov Institute" (Russia, 124460, Moscow, Zelenograd, Georgievsky ave., 5), trif123456@yandex.ru

Maksim V. Poliakov - Junior Scientific Researcher of the Structural Analysis and Metrology Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 199334, Moscow, Leninsky ave., 32A), maxsimpolykovv@gmail.com

Andrey P. Orlov - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Scientific Researcher of the Structural Analysis and Metrology Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 199334, Moscow, Leninsky ave., 32A), andreyorlov@mail.ru

Grigory A. Rudakov - Researcher of the Development and Research of Micro- and Nanosystems Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 199334, Moscow, Leninsky ave., 32A), rudakov.g@inme-ras.ru

Vyacheslav V. Svetukhin - Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Director, SMC "Technological Centre" (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), svetukhin@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.