[IEEE 2018年第31届国际真空纳米电子学会议(IVNC) - 日本京都 (2018.7.9-2018.7.13)] 2018年第31届国际真空纳米电子学会议(IVNC) - 基于金刚石pin二极管的电子源

摘要： 高效电子源在航天、地面电力通信及雷达应用领域持续受到关注。基于传统热电子发射与场致电子发射阴极技术，本研究通过金刚石PIN二极管实现了直接电子发射的新方法。注入二极管本征层导带的电子可通过该i层的负电子亲和势表面释放至真空环境。这些金刚石PIN二极管制备于（111）晶向的硼掺杂（p型）衬底上，分别采用专用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）系统沉积了高纯度本征层和磷掺杂金刚石层（n型，约400纳米厚度）。另通过专用PECVD生长了由纳米结构碳构成的附加接触层。该多层器件采用铝硬掩模光刻工艺加工，蚀刻出直径50-200微米的台面结构。最终器件经纯氢等离子体处理以诱导i层的负电子亲和势特性，随后在高真空环境中进行退火处理。单个PIN二极管在正向偏置电流及最高20伏特电压下工作时，观测到的二极管发光现象归因于紫外激子态并表明存在双极传输。当二极管电流达到约80毫安时，单个直径200微米二极管可观测到25微安的电子发射电流。