マイクロプラズマ制御のための微視的表面物性の計測と制御

用于微等离子体控制的微观表面特性的测量和控制

• 批准号: 18030003
• 负责人: 佐々木 正洋
• 金额: $ 2.94万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18030003/
• 关键词: 走査トンネル顕微鏡; 局所トンネル障壁高さ; 電界電子放出; 炭素薄膜; 仕事関数; マイクロプラズマ; 電極

プラズマ領域の微細化に伴い宇宙線励起等による電子放出の確率が減少し、自発的なプラズマ点火が起こらなくなることが知られている。マイクロプラズマを自在に制御するために、能動的電界電子放出がおこる電極材料が求められている。本研究では、走査トンネル顕微鏡(STM)を応用した、原子スケールでの構造計測、局所仕事関数計測、電子放出分布計測に基づく検討から、プラスマ生成条件で大電流電子電界放出を実現する電極材料を提案することを目的とする。昨年度は、ナノ微細構造を持たない炭素薄膜でも極めて優れた電子放出特性を示すこと、その機構は従来の古典的な電界電子放出の枠内では理解できないことを明らかにした。本年度は、その炭素薄膜表面において、超高真空を維持したままでSTM応用局所物性計測を行うことにより、炭素薄膜の優れた電子放出特性出現の機構を明らかにし、究極の電子放出特性を有する電極材料を提案することを目指した。得られた形状像から、この材料は様々な方位の微細なグラファイトのグレインで構成されていた。また、局所トンネル障壁高さ計測から、この表面は局所仕事関数には大きな分布が無いものの、グラファイトの方位に対応して電子状態は極めて不均一であった。ここで現象を単純化するために、グラフェンシートが表面平行に配置したグラファイト結晶(HOPG)や単原子層グラファイトで局所的な電子放出分布を計測したが、優れた電子放出特性は観測されなかった。得られた結果を総合すると、グラファイト結晶の方位が重要であることを示唆している。実際、対応する原子配置を明確に示すには至らなかったものの、炭素薄膜上に極めて低い閾電界で高い放出電流が現れるグレインが存在することが観測された。これにより、グラファイト結晶の方向制御により究極の電子放出特性が実現しうることが明確になった。

The accuracy of electron emission is reduced due to the miniaturization of the field, the excitation of cosmic rays, etc., and the ignition of spontaneous emission is known. The electrode material is free of charge and active. In this study, we investigated the application of STM, atomic structure measurement, local relationship measurement, electron emission distribution measurement, basic analysis, electrode material proposal for high current electron emission generation conditions. Last year, we demonstrated the extremely excellent electron emission characteristics of carbon films made of fine structures. This is why our institutions have been able to understand the electron emission characteristics of the classical electronic world in the past. This year, the carbon film surface, ultra-high vacuum maintenance, STM, and the carbon film electron emission characteristics of the mechanism, and finally proposed electrode materials The shape of the material is different from the orientation of the material. The electron state is extremely heterogeneous due to the large distribution of the electron barrier height and the orientation of the electron barrier height. The electron emission characteristics of the crystal (HOPG) and the single atomic layer were measured. The results of this study are summarized as follows: In the meantime, the atomic configuration of carbon films is clearly indicated. The electron emission characteristics of the crystal are clearly defined.

项目成果

Localized and delocalized features of microscopic work function

微观功函数的定域和离域特征

• 发表时间: 2007
• 期刊: 真空 50
• 作者: M. Sasaki;S. Yamamoto
• 通讯作者: S. Yamamoto

STM observations of the carbon thin film surfaces showing excellent field emission characteristics

碳薄膜表面的 STM 观察显示出优异的场致发射特性

• 发表时间: 2007
• 作者: S. Nagashima;S. Ogata;M. Sasaki
• 通讯作者: M. Sasaki

Atomistic observations of the hydrogen-free carbon films drastically improving field emission characteristics

无氢碳膜的原子观察极大地改善了场发射特性

• 发表时间: 2007
• 作者: M. Sasaki;K. Adachi;S. Nagashima;S. Ogata;M. Nagao
• 通讯作者: M. Nagao