Emissao eletrônica de nanoestruturas de carbono produzida por campos elétricos
José Javier Sáez Acuña
TESE
Português
(Broch.)
T/UNICAMP Sa16e
[Electron field emission of carbon nanostructured.]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
112 p. : il.
Orientador: Fernando Alvarez
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre a Emissão Eletrônica de amostras nanoestruturadas de Carbono sobre a ação de um campo elétrico controlado. Particularmente foram estudadas nanoes- truturas de Carbono tipo Nanotubos (CNTs). Com o intuito de aprimorar as propriedades elétricas destas...
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Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre a Emissão Eletrônica de amostras nanoestruturadas de Carbono sobre a ação de um campo elétrico controlado. Particularmente foram estudadas nanoes- truturas de Carbono tipo Nanotubos (CNTs). Com o intuito de aprimorar as propriedades elétricas destas nano~struturas, também são apresentados estudos sobre os efeitos da irradiação com feixes iônicos de 02+ sobre a superfície local dos emissores. Este processo, que por um lado é um pós- tratamento de purificação, ou remoção seletiva dos defeitos estruturais, e, ao mesmo tempo, um pós- tratamento de dopagem da superfície, ajudando assim na emissão eletrônica.
Nos processos de pós-tratamento foram utilizados íons de 02+, N2+, H2+ e combinações destes, todos irradiando com um feixe iônico controlado e in situ após crescimento das nanoestruturas. Sem quebra de vácuo, estas irradiações foram analisadas por espectroscopia de elétrons fotoemitidos por raios-X incidentes, técnica conhecida como XPS. Uma vez as amostras fora do vácuo, elas foram anali- sadas por espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (FEG-SEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR- TEM).
Para a análise da Emissão Eletrônica várias complicações indesejáveis foram com sucesso supe- radas, como, por exemplo, efeitos de borda dos eletrodos que nos levam a cálculos errados da área efetiva de emissão; incertezas do número local de pontas emissoras produto do baixo controle do crescimento das nanoestruturas; como também muitas controvérsias sobre a forma correta de se analisar os dados experimentais. Em relação a este último ponto fizemos um experimento chave no discemimento do correto uso do modelo teórico para a Emissão Eletrônica a partir de sua dedução feita por Fowler e Nordheim. Demonstraremos que o campo elétrico limiar (the threshold electric field), o parâmetro usado para comparar os dados experimentais, não é um parâmetro confiável. Isto foi observado ao medirmos uma única amostra mudando apenas a configuração geométrica do eletrodo usado para efetuar as medições. Este estudo detalhado deixou em evidência fenômenos da emissão que antes não eram perceptíveis, e nos permitiu encontrar a forma correta de analisar os dados expe- rimentais. Propomos então uma norma comparativa para a Emissão Eletrôn1ca, a qual utilizamos nesta Tese. Esta norma correlaciona-se muito bem com todas as outras técnicas acima mencionadas Ver menos
Nos processos de pós-tratamento foram utilizados íons de 02+, N2+, H2+ e combinações destes, todos irradiando com um feixe iônico controlado e in situ após crescimento das nanoestruturas. Sem quebra de vácuo, estas irradiações foram analisadas por espectroscopia de elétrons fotoemitidos por raios-X incidentes, técnica conhecida como XPS. Uma vez as amostras fora do vácuo, elas foram anali- sadas por espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (FEG-SEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR- TEM).
Para a análise da Emissão Eletrônica várias complicações indesejáveis foram com sucesso supe- radas, como, por exemplo, efeitos de borda dos eletrodos que nos levam a cálculos errados da área efetiva de emissão; incertezas do número local de pontas emissoras produto do baixo controle do crescimento das nanoestruturas; como também muitas controvérsias sobre a forma correta de se analisar os dados experimentais. Em relação a este último ponto fizemos um experimento chave no discemimento do correto uso do modelo teórico para a Emissão Eletrônica a partir de sua dedução feita por Fowler e Nordheim. Demonstraremos que o campo elétrico limiar (the threshold electric field), o parâmetro usado para comparar os dados experimentais, não é um parâmetro confiável. Isto foi observado ao medirmos uma única amostra mudando apenas a configuração geométrica do eletrodo usado para efetuar as medições. Este estudo detalhado deixou em evidência fenômenos da emissão que antes não eram perceptíveis, e nos permitiu encontrar a forma correta de analisar os dados expe- rimentais. Propomos então uma norma comparativa para a Emissão Eletrôn1ca, a qual utilizamos nesta Tese. Esta norma correlaciona-se muito bem com todas as outras técnicas acima mencionadas Ver menos
Abstract: This work presents a study of the Electron Field Emission of carbon nanostructured samples on the action of an Electric Field controlled. The Carbon Nanotubes (CNTs) was the nanostructures studied. In order to improve the electrical properties of these nanostructures are also presented...
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Abstract: This work presents a study of the Electron Field Emission of carbon nanostructured samples on the action of an Electric Field controlled. The Carbon Nanotubes (CNTs) was the nanostructures studied. In order to improve the electrical properties of these nanostructures are also presented studies on the effects of irradiation with O2+ ion beams on the surface emitter. This process, which is a post-purification treatment, or selective removal of structural defects, is also a doping-treatment of the surface helping in electronic properties.
In cases of ion bean post-treatment were used O2+, N2+, H2+ ions and combinations of these, all radiating with an ion beam controlled in situ after growth of the nanostructures. Without breaking vacuum, the samples were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, technique known as XPS. Once the samples were outside the vacuum, they were analyzed by Raman spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (FEG-SEM), and high-resolution transmission electron microscopy (HR- TEM).
For the analysis of the Electron Emission properties several undesirable complications have been successfully overcome, such as edge effects of the electrodes that lead to miscalculations of the effective area emission, uncertainties in the local number emitter tips due to poor control of the growth of nanostructures, as well as many controversies about the correct analysis of experimental data. On this last point, we have made a key experiment to discem the proper use of the theoretical model for Electron Emission from the deduction by Fowler-Nordheim. Here we demonstrate that the Threshold Electric Field, the parameter used to compare the experimental data, is not a reliable parameter. This was found when we made our measurements on one single sample, only changing the geometric configuration of the electrode used in the measurement. This performed with meticulous care and detail has left evidence of emission phenomena that were not obvious, and allowed us to find the correct way to analyze experimental data. From here we propose a comparative standard parameter for Electron Emission properties, and that we use in this thesis correlating very well with all the other techniques mentioned above Ver menos
In cases of ion bean post-treatment were used O2+, N2+, H2+ ions and combinations of these, all radiating with an ion beam controlled in situ after growth of the nanostructures. Without breaking vacuum, the samples were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, technique known as XPS. Once the samples were outside the vacuum, they were analyzed by Raman spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (FEG-SEM), and high-resolution transmission electron microscopy (HR- TEM).
For the analysis of the Electron Emission properties several undesirable complications have been successfully overcome, such as edge effects of the electrodes that lead to miscalculations of the effective area emission, uncertainties in the local number emitter tips due to poor control of the growth of nanostructures, as well as many controversies about the correct analysis of experimental data. On this last point, we have made a key experiment to discem the proper use of the theoretical model for Electron Emission from the deduction by Fowler-Nordheim. Here we demonstrate that the Threshold Electric Field, the parameter used to compare the experimental data, is not a reliable parameter. This was found when we made our measurements on one single sample, only changing the geometric configuration of the electrode used in the measurement. This performed with meticulous care and detail has left evidence of emission phenomena that were not obvious, and allowed us to find the correct way to analyze experimental data. From here we propose a comparative standard parameter for Electron Emission properties, and that we use in this thesis correlating very well with all the other techniques mentioned above Ver menos
Emissao eletrônica de nanoestruturas de carbono produzida por campos elétricos
José Javier Sáez Acuña
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