Electron field-emission mechanism in nanostructured carbon films: A quest

Journal of Applied Physics

Volumn 95, Issue 12, 2004, Pages 8314-8320

  Gupta, S ^a   Morell, G ^b   Weiner, B R ^b  

^a NORTH CAROLINA STATE UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF PUERTO RICO   (Puerto Rico)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON FILMS; CARBON MATERIALS; COMPLEX STRUCTURE; METAL EMITTERS;

CARBON; CHEMICAL VAPOR DEPOSITION; CURRENT VOLTAGE CHARACTERISTICS; DIAMOND LIKE CARBON FILMS; ELECTRONS; MICROSTRUCTURE; NANOSTRUCTURED MATERIALS; ROBUSTNESS (CONTROL SYSTEMS); SULFUR;

THIN FILMS;

EID: 3142603555     PISSN: 00218979     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.1737045     Document Type: Article

References (73)

1. S. Gupta, B. R. Weiner, and G. Morell, J. Appl. Phys. 91, 10088 (2002).
2. M. N. Yoder, in Synthetic Diamond: Emerging CVD Science and Technology, edited by K. E. Spear and J. P. Dismukes (Wiley, New York, 1994).
3. J. E. Field, in The Properties of Diamonds (Academic, London, 1979).
4. S. Gupta, R. S. Katiyar, D. R. Gilbert, R. K. Singh, and G. Morell, J. Appl. Phys. 88, 5695 (2000).
5. M. J. Ulczynski, D. K. Reinhard, M. Prytajko, and J. Amusen, in Advances in New Diamond Science and Technology, Proceedings of the 4th International Conference on New Diamond Science and Technology, Kobe, Japan, 1994, edited by S. Kaito, N. Fujimori, O. Fukunaga, M. Kamo, K. Kobashi, and M. Yihikawa (MYU, Tokyo, 1994), p. 41.
6. T. H. Huang, C. T. Kuo, T. S. Lin, and C. S. Chang, in Diamond and Related Materials, edited by P. K. Bachmann, A. T. Collins, and M. Seal (Elsevier, Lausanne, Switzerland, 1993), Vol. 2, p. 928.
7. J. A. Castellano, in Handbook of Display Technology (Academic, New York, 1992); J. E. Jaskie, Mater. Res. Bull. 21, 59 (1996);
8. J. A. Castellano, in Handbook of Display Technology (Academic, New York, 1992); J. E. Jaskie, Mater. Res. Bull. 21, 59 (1996);
9. M. P. Silverman, Nuovo Cimento B 97, 200 (1987).
10. V. V. Zhirnov and J. J. Hren, MRS Bull. 23, 42 (1998).
11. I. Brodie and C. A. Spindt, Adv. Electron. Electron Phys. 83, 1106 (1992).
12. O. Gröning, L.-O. Nilsson, P. Gröning, and L. Schlapbach, Solid-State Electron. 45, 929 (2001); O. M. Küttel, O. Gröning, C. Emmennegger, L. Nilsson, E. Maillard, L. Diederich, and L. Schlapbach, Carbon 37, 745 (1999).
13. O. Gröning, L.-O. Nilsson, P. Gröning, and L. Schlapbach, Solid-State Electron. 45, 929 (2001); O. M. Küttel, O. Gröning, C. Emmennegger, L. Nilsson, E. Maillard, L. Diederich, and L. Schlapbach, Carbon 37, 745 (1999).
14. C. Wang, A. Garcia, D. C. Ingram, M. Lake, and M. E. Kordesch, Electron. Lett. 27, 1459 (1991).
15. M. A. Prélas, G. Popovici, and L. K. Bigelow, in Handbook of Industrial Diamonds and Diamond Films (Marcel Dekker, New York, 1998); K. Okada, H. Kanda, S. Komatsu, and S. Matsumoto, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 593, 459 (2000).
16. M. A. Prélas, G. Popovici, and L. K. Bigelow, in Handbook of Industrial Diamonds and Diamond Films (Marcel Dekker, New York, 1998); K. Okada, H. Kanda, S. Komatsu, and S. Matsumoto, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 593, 459 (2000).
17. For review, see J. Robertson, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 509, 83 (1998), and references therein.
18. J. Davidson, W. Kang, K. Holmes, A. Wisitsora, P. Taylor, V. Pulugurta, R. Venkatasubramanian, and F. Wells, Diamond Relat. Mater. 10, 1736 (2001).
19. R. G. Forbes, Solid-State Electron. 45, 779 (2001).
20. W. Zhu, C. Bower, G. P. Kochanski, and S. Jin, Solid-State Electron. 45, 921 (2001).
21. F. J. Himpsel, J. A. Knapp, J. A. van Vechten, and D. E. Eastman, Phys. Rev. B 20, 624 (1979).
22. J. Van der Weide and R. J. Nemanich, Appl. Phys. Lett. 62, 1878 (1993).
23. C. Bandis and B. B. Pate, Appl. Phys. Lett. 69, 366 (1996).
24. P. W. May, J. C. Stone, M. N. R. Ashfold, K. R. Hallam, W. N. Wang, and N. A. Fox, Diamond Relat. Mater. 7, 671 (1998), and references therein.
25. G. A. J. Amaratunga and S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 68, 2529 (1996); K. Okano, S. Koizumi, S. Ravi, P. Silva, and G. A. J. Amaratunga, Nature (London) 381, 140 (1996) ; K. Okano, T. Yamada, H. Ishiwara, S. Koizumi, and J. Itoh, Appl. Phys. Lett. 70, 2201 (1997); Q. Zhang, S. F. Yoon, J. Ahn, B. Gan, and Rusli, J. Mater. Res. 15, 212 (2000); S. Gupta, B. R. Weiner, B. L. Weiss, and G. Morell, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 638, F16.2 (2001).
26. G. A. J. Amaratunga and S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 68, 2529 (1996); K. Okano, S. Koizumi, S. Ravi, P. Silva, and G. A. J. Amaratunga, Nature (London) 381, 140 (1996) ; K. Okano, T. Yamada, H. Ishiwara, S. Koizumi, and J. Itoh, Appl. Phys. Lett. 70, 2201 (1997); Q. Zhang, S. F. Yoon, J. Ahn, B. Gan, and Rusli, J. Mater. Res. 15, 212 (2000); S. Gupta, B. R. Weiner, B. L. Weiss, and G. Morell, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 638, F16.2 (2001).
27. G. A. J. Amaratunga and S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 68, 2529 (1996); K. Okano, S. Koizumi, S. Ravi, P. Silva, and G. A. J. Amaratunga, Nature (London) 381, 140 (1996) ; K. Okano, T. Yamada, H. Ishiwara, S. Koizumi, and J. Itoh, Appl. Phys. Lett. 70, 2201 (1997); Q. Zhang, S. F. Yoon, J. Ahn, B. Gan, and Rusli, J. Mater. Res. 15, 212 (2000); S. Gupta, B. R. Weiner, B. L. Weiss, and G. Morell, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 638, F16.2 (2001).
28. G. A. J. Amaratunga and S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 68, 2529 (1996); K. Okano, S. Koizumi, S. Ravi, P. Silva, and G. A. J. Amaratunga, Nature (London) 381, 140 (1996) ; K. Okano, T. Yamada, H. Ishiwara, S. Koizumi, and J. Itoh, Appl. Phys. Lett. 70, 2201 (1997); Q. Zhang, S. F. Yoon, J. Ahn, B. Gan, and Rusli, J. Mater. Res. 15, 212 (2000); S. Gupta, B. R. Weiner, B. L. Weiss, and G. Morell, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 638, F16.2 (2001).
29. G. A. J. Amaratunga and S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 68, 2529 (1996); K. Okano, S. Koizumi, S. Ravi, P. Silva, and G. A. J. Amaratunga, Nature (London) 381, 140 (1996) ; K. Okano, T. Yamada, H. Ishiwara, S. Koizumi, and J. Itoh, Appl. Phys. Lett. 70, 2201 (1997); Q. Zhang, S. F. Yoon, J. Ahn, B. Gan, and Rusli, J. Mater. Res. 15, 212 (2000); S. Gupta, B. R. Weiner, B. L. Weiss, and G. Morell, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 638, F16.2 (2001).
30. M. W. Geis, J. C. Twichell, and T. M. Lyszczarz, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2060 (1996).
31. F. M. Köck, J. Garguillo, R. J. Nemanich, S. Gupta, B. R. Weiner, and G. Morell, Diamond Relat. Mater. 12, 474 (2003).
32. M. Park, A. T. Sowers, C. L. Rinne, R. Schlesser, L. Bergman, R. Nemanich, V. V. Zhirnov, and W. B. Choi, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 734 (1999), and references therein.
33. I. H. Shin and T. D. Lee, J. Vac. Sci. Technol. B 18, 1027 (2000).
34. C. Kimura, S. Koizumi, M. Kamo, and T. Sugino, J. Vac. Sci. Technol. B 18, 1024 (2000).
35. U. Hoffmann, A. Weber, C.-P. Klages, and T. Mathée, Carbon 37, 753 (1999).
36. M. N. Gamo, C. Xiao, Y. Zhang, E. Yasu, Y. Kikuchi, I. Sakaguchi, T. Suzuki, Y. Sato, and T. Ando, Thin Solid Films 382, 113 (2001); R. Kalish, A. Reznik, C. Uzan-Saguy, and C. Cytermann, Appl. Phys. Lett. 76, 757 (2000).
37. M. N. Gamo, C. Xiao, Y. Zhang, E. Yasu, Y. Kikuchi, I. Sakaguchi, T. Suzuki, Y. Sato, and T. Ando, Thin Solid Films 382, 113 (2001); R. Kalish, A. Reznik, C. Uzan-Saguy, and C. Cytermann, Appl. Phys. Lett. 76, 757 (2000).
38. D. Saada, J. Adler, and R. Kalish, Appl. Phys. Lett. 77, 878 (2000); T. Miyazaki and H. Okushi, Diamond Relat. Mater. 10, 449 (2001); H. Zhou, Y. Yokoi, H. Tamura, S. Takami, M. Kubo, A. Miyamoto, M. N.- Gamo, and T. Ando, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 2830 (2001), and references therein.
39. D. Saada, J. Adler, and R. Kalish, Appl. Phys. Lett. 77, 878 (2000); T. Miyazaki and H. Okushi, Diamond Relat. Mater. 10, 449 (2001); H. Zhou, Y. Yokoi, H. Tamura, S. Takami, M. Kubo, A. Miyamoto, M. N.- Gamo, and T. Ando, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 2830 (2001), and references therein.
40. D. Saada, J. Adler, and R. Kalish, Appl. Phys. Lett. 77, 878 (2000); T. Miyazaki and H. Okushi, Diamond Relat. Mater. 10, 449 (2001); H. Zhou, Y. Yokoi, H. Tamura, S. Takami, M. Kubo, A. Miyamoto, M. N.- Gamo, and T. Ando, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 2830 (2001), and references therein.
41. S. Gupta, B. R. Weiner, and G. Morell, J. Appl. Phys. 91, 10088 (2002).
42. V. V. Zhirnov, E. I. Givargizov, and P. S. Plekhanov, J. Vac. Sci. Technol. B 13, 418 (1995).
43. O. Gröning, O. M. Küttel, E. Schallar, P. Gröning, and L. Schlapbach, Appl. Phys. Lett. 69, 476 (1996).
44. N. Koenigsfeld, R. Kalish, A. Cimmino, D. Hoxley, S. Prawer, and I. Yamada, Appl. Phys. Lett. 79, 1288 (2001).
45. N. S. Xu, in High Voltage Vacuum Insulation, edited by R. V. Latham (Academic, New York, 1995), Chap. 4.
46. A. Göhl, B. Günther, T. Habermann, G. Muller, M. Schreck, K. H. Thürer, and B. Stritzker, J. Vac. Sci. Technol. B 18, 1031 (2000).
47. V. V. Zhirnov, W. B. Choi, J. J. Cuomo, and J. J. Hren, Appl. Surf. Sci. 94/95, 123 (1996).
48. N. S. Xu, Y. Tzeng, and R. V. Latham, J. Phys. D 26, 1776 (1993).
49. J. Y. Shim, H. K. Baik, and K. M. Song, J. Appl. Phys. 87, 7508 (2000).
50. J. D. Shovlin and M. E. Kordesch, Appl. Phys. Lett. 65, 863 (1994).
51. W. Zhu, G. P. Kochanski, and S. Jin, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 509, 53 (1998); W. Zhu, G. P. Kochanski, S. Jin, and L. Seibles, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2011 (1996); W. Zhu, C. Bower, O. Zhou, G. Kochanski, and S. Jin, Appl. Phys. Lett. 75, 873 (1999); N. M. Miskovsky, P. H. Cutler, and Z.-H. Huang, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2037 (1996).
52. W. Zhu, G. P. Kochanski, and S. Jin, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 509, 53 (1998); W. Zhu, G. P. Kochanski, S. Jin, and L. Seibles, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2011 (1996); W. Zhu, C. Bower, O. Zhou, G. Kochanski, and S. Jin, Appl. Phys. Lett. 75, 873 (1999); N. M. Miskovsky, P. H. Cutler, and Z.-H. Huang, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2037 (1996).
53. W. Zhu, G. P. Kochanski, and S. Jin, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 509, 53 (1998); W. Zhu, G. P. Kochanski, S. Jin, and L. Seibles, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2011 (1996); W. Zhu, C. Bower, O. Zhou, G. Kochanski, and S. Jin, Appl. Phys. Lett. 75, 873 (1999); N. M. Miskovsky, P. H. Cutler, and Z.-H. Huang, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2037 (1996).
54. W. Zhu, G. P. Kochanski, and S. Jin, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 509, 53 (1998); W. Zhu, G. P. Kochanski, S. Jin, and L. Seibles, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2011 (1996); W. Zhu, C. Bower, O. Zhou, G. Kochanski, and S. Jin, Appl. Phys. Lett. 75, 873 (1999); N. M. Miskovsky, P. H. Cutler, and Z.-H. Huang, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 2037 (1996).
55. S. R. P. Silva and R. G. Forbes, Ultramicroscopy 73, 51 (1998).
56. S. Gupta, B. L. Weiss, B. R. Weiner, and G. Morell, J. Appl. Phys. 89, 5671 (2001); S. Gupta, B. R. Weiner, and G. Morell, Diamond Relat. Mater. 10, 1968 (2001).
57. S. Gupta, B. L. Weiss, B. R. Weiner, and G. Morell, J. Appl. Phys. 89, 5671 (2001); S. Gupta, B. R. Weiner, and G. Morell, Diamond Relat. Mater. 10, 1968 (2001).
58. O. Gröning, O. M. Küttel, P. Gröning, and L. Schlapbach, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 1970 (1999), and references therein.
59. ASTM Designation F76, in Annual Book of ASTM Standards, V 10.05 (2000).
60. S. Gupta, A. Martinez, B. R. Weiner, and G. Morell, Appl. Phys. Lett. 81, 283 (2002).
61. R. J. Nemanich, J. T. Glass, G. Luckovsky, and R. E. Schroder, J. Vac. Sci. Technol. A 6, 1783 (1988).
62. M. Chhowalla, A. C. Ferrari, J. Robertson, and G. A. J. Amaratunga, Appl. Phys. Lett. 76, 1419 (2000).
63. R. E. Newnham and S. Trolier-McKinstry, J. Appl. Crystallogr. 23, 447 (1990).
64. J.-L. Kwo, M. Yokoyama, and I.-N. Lin, Appl. Surf. Sci. 142, 521 (1999).
65. R. H. Fowler and L. W. Nordheim, Proc. R. Soc. London, Ser. A 119, 173 (1928).
66. R. H. Bayliss and R. V. Latham, Proc. R. Soc. London, Ser. A 403, 285 (1986).
67. N. S. Xu, Y. Tzeng, and R. V. Latham, J. Phys. D 26, 1776 (1996).
68. D. Stauffer, in Introduction to Percolation Theory (Taylor & Francis, London, 1987).
69. M. T. Connor, S. Roy, T. A. Ezquerra, and F. J. Balta Calleja, Phys. Rev. B 57, 2286 (1998), and references therein.
70. R. G. Forbes, Solid-State Electron. 45, 779 (2001), and references therein.
71. S. Gupta, B. R. Weiner, and G. Morell, J. Appl. Phys. 92, 5457 (2002).
72. N. F. Mott, Philos. Mag. 19, 835 (1969).
73. S. Gupta, B. R. Weiner, and G. Morell, Appl. Phys. Lett. 83, 491 (2003).