Структурные и автоэмиссионные свойства эффективных нанокомпозитных катодов УНТ@TiO$_2$

Представлено комплексное исследование состава и полевых эмиссионных свойств автоэмиссионных катодов на основе нанокомпозитов “ядро-оболочка” УНТ@TiO$_2$. Покрытия массивами вертикальных углеродных нанотрубок (УНТ) изготовлены плазмохимическим методом на кремниевых подложках c Ni-катализатором, а тонкие слои TiO$_2$ последующим атомно-слоевым осаждением. Обнаружено, что работа выхода материала покрытия с исходным массивом УНТ составила 4.98 eV, для случая УНТ@TiO$_2$ она приняла значения 4.29 и 3.82 eV при толщине оксида 3 и 6 nm соответственно. Разработанная методика сравнения эмиссионных характеристик показала, что снижение работы выхода структур с УНТ@TiO$_2$ сопровождалось снижением локальных электрических полей на остриях. Катод с массивами УНТ@TiO$_2$ (6 nm) для обеспечения плотности тока эмиссии 1 mA/cm$^2$ потребовал наименьшее в группе образцов электрическое поле – около 5 $\cdot$ 10$^9$ V/m. Это в 1.6 раза меньше, чем для аналогичного образца с массивом из “чистых” УНТ. Средние значения эффективного коэффициента усиления поля имели тенденцию к уменьшению при переходе от УНТ к УНТ@TiO$_2$, вероятно, обусловленную увеличением радиуса кривизны трубчатых наночастиц при нанесении дополнительного слоя. Модификация оксидным покрытием привела к увеличению эффективной площади эмиссии катода.