FIELD DESORPTION MICROSCOPY OF CARBON-COATED FIELD ELECTRON EMITTERS
Authors: Бернацкий Дмитрий Петрович , Павлов Виктор Георгиевич 
Published: December 2021

Полевые электронные эмиттеры в форме металлического острия с пленкой углерода на поверхности обладают рядом перспективных эксплуатационных свойств. Характеристики эмиттера зависят от фазового состава, толщины и однородности пленки. Определение параметров пленок толщиной в один или несколько моноатомных слоев представляет определённые трудности. В данной работе образование и характеристики углеродных наноструктур на поверхности полевых эмиттеров из иридия и рения исследуются с помощью полевой десорбционной микроскопии непрерывного режима. На полевых десорбционных изображениях области углеродных наноструктур проявляются в виде локальных вспышек (лавинообразная десорбция). При покадровом анализе видеозаписей вспышек обнаружено несколько стадий формирования вспышек и выявлены различия в протекании десорбции с углеродных наноструктур на иридии и на рении. Обнаруженные различия объясняются образованием на иридии однослойного, а на рении многослойного графена. Десорбционные изображения выявляют неоднородности и локальные различия толщины пленки. Показано, что полевая десорбционная микроскопия непрерывного режима позволяет определять закономерности формирования полевых десорбционных изображений различных углеродных наноструктур, в частности, однослойного и многослойного графена на поверхности полевого эмиттера, и проводить диагностику поверхности после науглероживания и контролировать однородность получаемого покрытия. Получаемые данные полезны для разработки технологии эффективных полевых электронных эмиттеров.

Field electron emitters in the form of a metal tip with a carbon film on the surface have a number of promising operational properties. The characteristics of the emitter depend on the phase composition, thickness and uniformity of the film. Determining the parameters of films with a thickness of one or more monoatomic layers presents certain difficulties. In this paper, the formation and characteristics of carbon nanostructures on the surface of field emitters made of iridium and rhenium are studied using continuous-mode field desorption microscopy. In the field desorption images, the regions of carbon nanostructures appear as local flashes (avalanche-like desorption). Frame-by-frame analysis of flash video recordings revealed several stages of the flash formation and revealed differences in the desorption from carbon nanostructures on iridium and rhenium. The found differences are explained by formation of the single-layer graphene on iridium and a multilayer graphene on rhenium. Desorption images reveal inhomogeneities and local differences in the film thickness. It is shown that continuous-mode field desorption microscopy makes it possible to determine the regularities of formation of the field desorption images of various carbon nanostructures, in particular, the single-layer and multilayer graphene on the surface of the field emitter, and to diagnose the surface after carburization. Besides, control the uniformity of the resulting coating is possible. The obtained data are useful for developing technology of the effective field electronic emitters.