BN，BCN薄膜のフィールドエミッシヨン特性

摘要

ダイヤモンド表面を水素原子によって終端することにより負性電子親和力が現れることから，ダイヤモンドが電子放出材料として注目され，これまでにさまざまな研究がなされてきた．従来の金属やシリコンで示されてきた電界電子放出特性（フィールドエミッション特性）に比べ，気相合成多結晶ダイヤモンド薄膜で明らかに低電界での電子放出が示され，ダイヤモンドの優位性が検証された．しかし，ここで使用されたダイヤモンド薄膜は負性電子親和力を有するものの，無添加ダイヤモンドであったり，ホウ素添加のp形ダイヤモンドであり，電子放出機構を容易に理解できない状況であった．また，窒素原子を添加した高電気抵抗のダイヤモンドからさらに低電界強度で電子放出が起こることが発表された．ダイヤモンド薄膜からの電子放出機構の解明が望まれ，ダイヤモンド伝導帯内の電子，価電子帯内の電子，ダイヤモンド粒界に存在するグラファイト成分内の電子のどれがダイヤモンド表面での放出電子として働いているのか，また，カソード電極からダイヤモンド薄膜内への電子の供給過程，電子のダイヤモンド内での輸送過程がフィールドエミッション特性をどのように支配するのかという観点で研究が進められた．窒素添加ダイヤモンドについてはカソード電極からダイヤモンド伝導帯への電子注入が理論的に論じられ，ホウ素添加p形ダイヤモンドに対しては光電子分光測定とフィールドエミッションによる電子のエネルギースペクトルの測定から，電界印加で価電子帯の電子が放出されることが示唆された．リン添加の多結晶や単結晶ダイヤモンド薄膜に異なったカソード電極金属を接触させてフィールドエミッション特性を測定し，電子放出のしきい値電界がカソード金属に依存することが示された．また，多結晶ダイヤモンド薄膜におけるグラファイト成分とフィールドエミッション特性の変化が示され，電子放出機構がダイヤモンド結晶中に分布する結晶欠陥と関係づけられた．また，ダイヤモンド粒子とグラファイト粒子を混合して作製された試料についてフィールドエミッション特性が調べられ，電子放出について議論された．さらに，ナノ結晶粒子からなるダイヤモンド薄膜試料について光電子分光法を用いた研究が進められ，電子放出はダイヤモンド粒子先端部の電界集中部分において起こると報告された．