难熔掺杂氮化钛纳米场发射极
应用物理
2020-11-13 v1
摘要
难熔材料表现出高损伤容限，这对于需要高峰值电流密度和光强下工作的纳米级场发射电子学和光电子学应用颇具吸引力。近期结果表明，氮化钛（一种难熔且与 CMOS 兼容的等离激元材料）的光学性质可通过添加硅和氧掺杂剂进行调控。然而，要充分挖掘钛（硅氧）氮化物的潜力，需要一种具有数纳米精度且可靠、可扩展的制备工艺。在本工作中，我们开发了一种制备工程化纳米结构的工艺，其间隙介于 10 至 15 nm 之间，纵横比大于 5，且具有近乎 90{\deg} 的陡峭侧壁。利用该工艺，我们制备了具有数纳米自由空间间隙的大规模电学连接蝴蝶结纳米天线阵列。我们测得平均间隙尺寸的典型偏差为 4 nm。通过施加直流电压和光学照明，我们测试了器件的电子与光电子响应，展示了跨自由空间间隙的亚 10 V 隧穿工作，以及在 1.2 {\mu}m 处高达 1E-3 的量子效率，这与相同波长下的体硅光电二极管相当。测试表明，钛硅氧氮化物纳米结构未明显退化，在约 6 小时运行后，数 {\mu}m^2 区域内的平均间隙尺寸缩小小于 5 nm。我们的结果将有助于开发下一代稳健且与 CMOS 兼容的纳米级器件，用于高速、低功耗场发射电子学和光电子学应用。
引用
@article{arxiv.2011.06157,
title = {Refractory doped titanium nitride nanoscale field emitters},
author = {Alberto Nardi and Marco Turchetti and Wesley A. Britton and Yuyao Chen and Yujia Yang and Luca Dal Negro and Karl K. Berggren and Phillip D. Keathley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.06157},
year = {2020}
}