«V R Ë ° o ¼Q U c lT c l ù p § ¤] k ù® z º X ¢ £ ? Ò × x ¢X ì È 9 0° Ç º < gX c l :
x ¢X ì È8 ý M ] K ¡X ì Ä ] k ù? 0 ¹ Å4 U ê s û s Ú; c Q V À W ¥ W _ Ë] §
» ò 6 Bg ` @ · . > 4 w H9 ∗
1 l
x @ / < Æ § èF Ó ü t o < Æõ , Â Òí ß 604-714 (2009¸ 1 Z 4 7{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 2009¸ 1 Z 4 16{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
· ú
À Òp ³ o u ª F G í ß o\ " f ª F G · ú ` ¦ ] j# Q < ÊÜ ¼ Ð" f [ j/ B N ß ¼l É r / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ ] j
¦, s כ ` ¦ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð s 6 x # Ó ü t o & h l © 7 £ x à Ì\ _ K · ú À Òp ³ o u õ ½ ¨o ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ½ + Ë$ í
% i . ] j ) a ¸& h _ { f â É r 6 x ) a Å Ò+ þ A_ [ j/ B N f â \ _ K & ñ ) a . ½ + Ë$ í ) a ¸& h _ + þ
AI H { f â s ` ¦ Ã º2 ¤ ¸& h & ñ © \ " f_ ¸ ª s & h & h 8 ¶ ð7 á ¤ K t H â ¾ Ó` ¦ Ð# Å Ò% 3 . s ü <
° ú
s ] j ) a · ú À Òp ³ o u õ ½ ¨o ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ @ / # ¸& h _ l < Æ& h ¸ ª s > ~ ½ ÓØ ¦ \ p u
H % ò ¾ Ó` ¦ ¸ % i . ¸& h & ñ © \ " f_ ¸ ª s ¶ ð7 á ¤ ½ + ÉÃ º2 ¤ 1 l x l © _ [ jl f ` ¦ Ð
#
Å Ò% 3 . ¢ ¸ô Ç ~ ½ ÓØ ¦ À Ó\ @ /ô Ç Fowler-Nordheim / B G É r a % ~ É r + þ A$ í ` ¦ Ð# Å Ò% 3 .
PACS numbers: 81.05.Ys Keywords: F K5 Å q ¸& h , > ~ ½ ÓØ ¦
I. " e  ] Ø
¸½ ¨ ¸Ó ü t s ¸ è Ð" f_ 6 £ x6 x$ í ` ¦ t l 0 AK
"
f H C \ P s ½ ©g Ë :& h s # Q < Ê É r Ó ü t : r, V , É r & h \ 5
g & h s \ O # Q ¦, ¢ ¸ô Ç ¸½ ¨ ¸Ó ü t _ ß ¼l \ ¦ ] j# Q
½
+ É Ã º e Ü ¼ " f, 1 l x r \ Ð 6 x s > @ /| ¾ ÓÜ ¼ Ð Ò q tí ß ½ + É Ã
º e H ] j l Õ ü t > hµ 1 Ïs 9 כ ¹ . s Qô Ç כ ¹½ ¨\ ¦ ë ß 7
á
¤ r ~ ´ Ã º e H D h Ðî r l Õ ü t > hµ 1 Ï\ @ /ô Ç ¸ s ª
>
r ¸÷ & ¦ e H X <, s Qô Ç r ¸[ þ t × æ ¸ ß ¼ l
_ [ j/ B N (pore) ½ ¨ ¸\ ¦ ¦ e H / B N$ í Ó ü t| 9 ` ¦ Å Ò+ þ A (template) Ü ¼ Ð # , ª ô Ç ¸$ í õ 4 ¤ ½ + ˽ ¨ ¸\ ¦ t H
¸ [1,2], ¸È ÓÚ Ô, ¸& h , ¸Ä ºÓ ü t õ ° ú É r ¸½ ¨
¸Ó ü t` ¦ ½ + Ë$ í H Å Ò+ þ A½ + Ë$ í (template synthesis)Z O s .
ë
H ] j H Å Ò+ þ A / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} _ [ j/ B N 5 Å q Ü ¼ Ð
"
é
¶ H Ó ü t| 9 ` ¦ # Qb G> ~ 1 > Å Ò{ 9 K " f " é ¶ H ¸½ ¨ ¸Ó ü t
`
¦ ½ + Ë$ í K ? /Ö ¼ H כ s . & ³F t r ¸ ) a ~ ½ ÓZ O Ü ¼
Ð H Y > t e Ü ¼ s [ þ t × æ Á º K 7 £ x Ã Ì (electroless deposition) õ l o < Æ& h 7 £ x Ã Ì ~ ½ ÓZ O (electrochemical de- position) s © ´ ú §s r ¸÷ &% 3 . Õ ª Q s [ þ t o < Æ& h 7
£
x Ã Ì ~ ½ ÓZ O \ " f H # Q t o < Æ& h % o é ß > \ ¦ 5 g
½
+ É ÷ r m 7 £ x Ã Ì Ó ü t| 9 \ & h { © ô Ç % o r ` ¦
× þ
K Å Ò# Q H ë H ] j e . s ü < ° ú s # Q t o
< Æ& h % o õ & ñ ` ¦ 5 g H o < Æ& h 7 £ x Ã Ì ~ ½ ÓZ O @ / \
∗
E-mail: [email protected]
ë
ß { 9 Ó ü t o & h l © 7 £ x Ã Ì (physical vapor deposition, PVD)
~
½ ÓZ O s Å Ò+ þ A ½ + Ë$ í Z O \ _ K # Q t + þ AI _ ¸½ ¨ ¸ Ó
ü
t` ¦ ] j H X <\ s 6 x s 0 p x , s Qô Ç o < Æ& h
%
o õ & ñ s 9 כ ¹ t · ú §Ü ¼Ù ¼ Ð ] j õ & ñ ` ¦ é ß í H o r ~ ´ Ã
º e H & h \ " f Ä »o ½ + É כ s . t F K t Ð ¦ ) a
\
_ , Ó ü t o & h l © 7 £ x Ã Ì ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ¸& h C \ P ½ ¨
¸_ ~ Ã Ì} ` ¦ ½ + Ë$ í ô Ç â Ä º H Û ¼( ' a A` ¦ s 6 x K
"
f Y > t F K5 Å q \ @ / # ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ] j % i
H z ´+ « > õ e ` ¦ ÷ r s [3,4].
¸& h É r è , 8 ú ¤ B , l ^ _ f ¨ Ã Ì/ì r o } , & ñ x 9
ô Ç G ' p" f 1 p x _ > hµ 1 Ï\ @ /ô Ç Z } É r F & h 6 £ x6 x 0 p x$ í ` ¦
Ð# Å Ò ¦ e l M :ë H \ þ j H \ ¸& h C \ P ½ ¨ ¸_ ] j õ
: £ ¤$ í ½ ¨\ ´ ú § É r ' a d ` ¦ l Ö ¦ s ¦ e . : £ ¤ y ¸
&
h C \ P ½ ¨ ¸_ ~ Ã Ì} s t H > ~ ½ ÓØ ¦ : £ ¤$ í ` ¦ s 6 x ô
Ç ¨ î ó ø Í n Û ¼e ¦ Y Us (flat pannel display, FPD) FED (field emission display) H & ³F > hµ 1 Ï÷ &# Q © ¾ ¡ § o t ÷ &
¦ e . Õ ª Q FED LCD (liquid crystal display) PDP (plasma display panel)1 p x õ _ â Ô q t_ Ä º0 A\ ¦ S X Ð
l 0 AK " f H ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ _ F | 9 , ½ ¨ ¸, Ã º" î 1 p x · ú ¡Ü ¼
Ð t 5 Å q& h > h s 9 כ ¹ [5–10].
~ ½ ÓØ ¦" é ¶ Ü ¼ Ð" f ° ú Æ Ò# Q ½ + É l : r& h : £ ¤$ í É r 0
p
x ô Ç ± ú É r · ú õ H ~ ½ ÓØ ¦ À Ós . ~ ½ ÓØ ¦" é ¶
\
÷ & H l © ` ¦ 7 £ x r v H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H ü @Â Ò
· ú ` ¦ 7 £ x r v H ~ ½ ÓZ O õ ~ ½ ÓØ ¦ Â Òü < F G ç ß _ o
\
¦ × ¦ s H ~ ½ ÓZ O , ~ ½ ÓØ ¦" é ¶` ¦ > h H ~ ½ ÓZ O s e .
-122-
½ ¨ \ " f # Q t F t ( · ú À Òp ³ u, F K, r,
½
¨o , Å Ò$ 3 , , ± ú )\ @ / # F K5 Å q ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦
¦ e H F K5 Å q } ] j \ @ /ô Ç ç ß ¼ # ô Ç ~ ½ ÓZ O > hµ 1 Ï\ ' a d
`
¦ t ¦, ¸ / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð #
&
³F $ ½ Ó \ P \ _ ô Ç Ó ü t o & h l © 7 £ x à Ìõ 8Ô ¦ # Q 7 £ x l
· ú
\ _ ô Ç y © ] j 7 £ x à Ì` ¦ ½ + Ë H D h Ðî r ~ ½ ÓZ O ` ¦ r ¸
¦ e [11]. Ó ü t o & h l © 7 £ x à Ì\ _ K ¸& h C \ P ½ ¨ ¸
\
¦ ½ + Ë$ í l 0 AK " f H Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ½ + É ' a: x ) a ¸ [ j /
B
N ½ ¨ ¸Ó ü t s 9 כ ¹ . ¢ ¸ô Ç ¸& h _ ß ¼l \ ¦ ¸] X 9
Å Ò+ þ A_ [ j/ B N f â ` ¦ ¸] X ½ + É Ã º e # Q ô Ç . þ j H \ Å
Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ½ + É ¸ / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} _ [ j/ B N f
â
` ¦ ¸] X H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð" f ~ Ã Ì} _ [ j/ B N ? /Â Ò # 4 \ Æ Ò
Ð ~ à Ì} ` ¦ 7 £ x à Ìr v H ~ ½ ÓZ O [12]s Ð ¦ ) a e Ü ¼ , : r
½ ¨\ " f H · ú À Òp ³ o u ª F G í ß or ª F G · ú ` ¦ ¸& ñ #
~ Ã
Ì} _ [ j/ B N f â ` ¦ ¸] X % i . s ü < ° ú s ] j ) a ¸
/ B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð # $ ½ Ó \ P \ _ ô
Ç Ó ü t o & h l © 7 £ x Ã Ì ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð y y { f â õ / B GÒ ¦ ì ø Í
â
s É r · ú À Òp ³ o u õ ½ ¨o _ ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ¦ e
H ~ Ã Ì} ` ¦ ] j ¦, s [ þ t ¸& h C \ P ½ ¨ ¸_ ~ Ã Ì} \
@
/ô Ç > ~ ½ ÓØ ¦ : £ ¤$ í ` ¦ 8 £ ¤& ñ , ì r$ 3 % i .
II. ÷ m Ç ] M ö
Ð[ j Ðq Ü ¼ " f ³ ð \ " f_ [ j/ B N ì r í ç H{ 9
¦, ¿ ºa 1 µms Ð · û ª É r / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ ]
j l 0 A # ¿ º é ß > ª F G í ß oZ O (two-step anodiz- ing method)` ¦ s 6 x % i [13].
Fig. 1 É r Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ½ + É / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} x 9
¸& h C \ P ½ ¨ ¸_ F K5 Å q ó ø Í` ¦ ] j l 0 Aô Ç / B N& ñ ` ¦ Ð# Å
Ò ¦ e . ¿ º P : é ß > \ " f_ ª F G í ß o f Ê ê\ + þ A$ í ) a
/ B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ³ ð \ " f_ [ j/ B N ½ ¨ ¸\ ¦ Ð , Õ ª
A A á ¤ _ [ j/ B N f â \ q K { 9 ½ ¨ B Ä º a % v } ) e
Fig. 1. Schematic diagram of the process for the fabri- cation of anodic porous alumina membrane and metal nanodot array.
(Fig. 2). s Qô Ç ½ ¨ ¸\ " f H [ j/ B N 5 Å q Ü ¼ Ð " é ¶ H Ó ü t
| 9
s Å Ò{ 9 ÷ &l # Q§ > . ¢ ¸ô Ç Ó ü t o & h l © 7 £ x à ÌÜ ¼ Ð l ó
ø Í © \ F K5 Å q ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ½ + Ë$ í l 0 AK " f H F K 5
Å
q 7 £ x l / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} _ [ j/ B N` ¦ : x õ # · ú À
Òp ~ à Ì} A \ e H l ó ø Í © \ 7 £ x à Ì÷ &# Q l M : ë
H \ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ½ + É / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} É r ª A á ¤ = å Q s
\ P 9 e # Q ¦, [ j/ B N _ U ´s ¸ 0 p x ô Ç ô Ç Â ú ª` ¦ Ã º 2
¤ a % ~ . / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ¿ ºa / B I [ j/ B N _ U ´s
H d Ü ¼ Ð [ j/ B N _ U ´s  ú ª É r ~ à Ì} ` ¦ ë ß [ þ t l 0 AK " f H
¿
ºa · û ª É r ~ Ã Ì} ` ¦ ½ + Ë$ í K ô Ç . " f : r z ´+ « >\ " f
H / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} _ ¿ ºa ª F G í ß o r ç ß \ q Y
V # 7 £ x ô Ç [14] H z ´` ¦ s 6 x # ¿ º P : é ß > _
ª F G í ß o r ç ß ` ¦ Â ú ª> % i . : r z ´+ « >\ " f H 300 nm } ` ¦ $ í © r v H X < ª F G í ß o r ç ß s 10 min & ñ ¸
èכ ¹÷ &% 3 .
¿
º P : é ß > _ ª F G í ß o r ç ß ` ¦ Â ú ª> [ j/ B N _ U ´ s
¸ Â ú ª t l H , 0 A\ " f / å L ô Ç ü < ° ú s ª F G í
ß o f Ê ê\ H [ j/ B N { 9 ½ ¨ B Ä º a % v } ) e Ü ¼Ù ¼ Ð [
j/ B N { 9 ½ ¨\ ¦ S X © r & Å Ò# Q ô Ç . " f F K5 Å q 7 £ x l _ Å
Ò{ 9 ` ¦ 6 x s > l 0 AK " f [ j/ B N { 9 ½ ¨\ ¦ S X © r & Å Ò# Q
¦, s ü < 8Ô ¦ # Q F K5 Å q 7 £ x l / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì }
_ [ j/ B N` ¦ : x õ # · ú À Òp ~ Ã Ì} A \ e H l ó ø Í
© \ 7 £ x à Ì÷ &# Q l M :ë H \ , Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ½ + É / B N$ í
· ú
À Òp ~ Ã Ì} É r ª A á ¤ = å Q s \ P 9 e # Q ô Ç . s ü < ° ú s
' a: x ) a [ j/ B N` ¦ ë ß [ þ t l 0 AK " f H / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì }
8 £ x A \ ï ß À Ó ¦ e H · ú À Òp ³ o u l ó ø Íõ · ú À Òp
~ Ã
Ì} _ { © # 4 8 £ x` ¦ ] j K ô Ç . s \ ¦ 0 AK , $ 7
Fig. 2. SEM photograph of the surface view of anodic porous alumina film prepared in a 0.3 M oxalic acid so- lution at the constant voltage of 40 V by two-step an- odization.
wt% _ í ß 6 xÓ oÜ ¼ Ð · ú À Òp ~ Ã Ì} ³ ð ` ¦ \ g Ar & " f [
j/ B N { 9 ½ ¨\ ¦ S X © r v ¦è ß 6 £ §, ï ß À Ó ¦ e H · ú À Òp
³ o
u l ó ø Í É r 0.1 M % i o½ ¨o ü < 22.5 wt% % i í ß _ D ¥ ½ + Ë6 xÓ o Ü
¼ Ð \ g Ar & ] j % i . s # Q" f · ú À Òp ~ Ã Ì} _ {
© # 4 8 £ x É r 7 wt% _ í ß 6 xÓ oÜ ¼ Ð \ g A\ _ K ] j
#
ª A á ¤ = å Q s \ P 2 ; / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ ë ß [ þ t% 3 .
s
M : Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ½ + É / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} _ ¿ ºa
H 300 nm p ë ß _ B Ä º · û ª É r ~ Ã Ì} s Ù ¼ Ð À Òl
\
v l M :ë H \ s \ ¦ 6 x s > l 0 A # [ j/ B N { 9 ½ ¨\ ¦ S X
© r A á ¤ ³ ð ` ¦ M ® ` Û ¼ Ð W = # QÅ Ò% 3 . s ü < ° ú s · ú À Òp
~ Ã Ì} ³ ð \ W = # Qï r M ® ` Û ¼ H · û ª É r / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì }
` ¦ À Ò H X < 6 x s > K × ¦ ÷ r m , + 's # Q { ©
# 4
8 £ x` ¦ í ß 6 xÓ oÜ ¼ Ð \ g A r & ] j ½ + É M :, s 6 xÓ o\ _ K
[ j/ B N { 9 ½ ¨Â Òì r s Æ Ò Ð \ g As s À Ò# Q4 R [ j/ B N f â s
8 s © S X © ÷ & H כ ` ¦ } Å Ò H % i ½ + É ¸ > ) a .
{ © # 4 8 £ x` ¦ \ g A\ _ K ] j r Ê ê, · ú À Òp ~ Ã Ì}
³
ð \ · ¡ M ® ` Û ¼ H [ j : r Ü ¼ Ð ] j % i .
s
ü < ° ú s ë ß [ þ t # Q · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð #
/ B N \ " f " é ¶ H F K5 Å q` ¦ $ ½ Ó \ P ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 7 £ x µ 1 Ïr v
>
÷ & , F K5 Å q 7 £ x l [ þ t s · ú À Òp ~ à Ì} ³ ð \ 7 £ x à Ì÷ &
"
f { 9 Â Ò H [ j/ B N ? /Â Ò Ð Å Ò{ 9 ÷ &# Q / B N$ í ~ Ã Ì} A \ e
H l ó ø Í © \ 7 £ x à Ì÷ &# Q ¸& h ` ¦ + þ A$ í > ) a . / B N 7 £ x
Ã
Ìz ´_ l $ / B N ¸ H 4 × 10
−5Torr s % 3 .
7
£
x Ã Ì r ~ ´ · ú À Òp ³ o u õ ½ ¨o _ ª É r y y 15 mgs 9, 7
£
x Ã Ì r ç ß ¸ 2 í\ " f 3 í& ñ ¸ Ð ¿ º F K5 Å q \ @ /K " f ° ú >
% i . 7 £ x Ã Ì r Ðà Ô\ K ï r À Ó H 70 A \ " f 90 As
%
3 . / B N 7 £ x à Ì\ _ K + þ A$ í ) a ¸& h C \ P ½ ¨ ¸_ F K 5
Å
q l ó ø Í É r ] X Ã Ì$ í _ s á Ô\ ¦ · ú À Òp ~ Ã Ì} ³ ð \ · ¡ s
Fig. 3. Schematic diagram of the apparatus for measur- ing field emission current.
¦ s _ s á Ô\ ¦ ¸ ú { © l H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð · ú À Òp ~ Ã Ì} Ü ¼
ÐÂ Ò' ì r o r ( . ì r o ) a F K5 Å q ¸& h C \ P ½ ¨ ¸_ + þ A I
H FE-SEM (Hitachi, S-4200) Ü ¼ Ð ' a8 £ ¤ % i .
Fig. 3 É r : r z ´+ « >\ " f F K5 Å q ¸& h C \ P ½ ¨ ¸_
>
~ ½ ÓØ ¦ : £ ¤$ í ` ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 A # ] j ô Ç z ´+ « > © u ¸s
. É rì r ¸$ í ] X Ã Ì] j (silver-paste)\ ¦ 6 x # F K5 Å q
¸& h C \ P ½ ¨ ¸_ F K5 Å q l ó ø Í { Â Òì r` ¦ 6 £ §F G Ü ¼ Ð
¦, ITO (indium-tin oxide) Ä »o \ ¦ ª F G Ü ¼ Ð
% i . Õ ªo ¦ ª F G õ r « Ñ s _ & h & ñ ç ß ` ¦ Ä »t
l 0 A # f â 50 µm_ Ä »o $ 3 Ä »(glass fiber) F | 9 _
ç ß ó ø Í(spacer)` ¦ 6 x % i . l $ / B N s 9 × 10
−6Torr \ " f f À Ó " é ¶ © u \ ¦ 6 x # ª F G õ 6 £ §F G s \ f
À Ó · ú (0 ∼ 1000 V)` ¦ ¦ & ñ x 9 À Ó> (6517 Kethley ) Ð > ~ ½ ÓØ ¦ À Ó\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í Ä Z ØV Ä
1. £ ? Ò × x ¢X ì È 9 0° Ç º8 ý < gX c l
/ B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} _ [ j/ B N f â É r · ú À Òp ³ o u _ ª
F í o f Ê ê\ Ã º' ) ³ ð \ g Aõ & ñ \ " f [ j/ N { ½ ¨
S X © ÷ & " f [ j/ B N ? /Â Ò Ð Å Ò{ 9 ) a í ß 6 xÓ os [ j/ B N ? /
#
4 t \ g Ar ( Ü ¼ Ð" f : r A _ f â Ð 8 S X © ) a כ Ü
¼ Ð ó ø Íé ß ) a .
/ B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x # Ó ü t o & h l
© 7 £ x à Ì\ _ K F K5 Å q ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ë ß [ þ t l 0 AK " f
H [ j/ B N _ U ´s  ú ª ë ß ´ òõ & h Ü ¼ Ð F K5 Å q 7 £ x l [ þ t s [
j/ B N` ¦ : x õ # [ j/ B N { \ 0 Au ô Ç l ó ø Í © \ 7 £ x à Ìs s
À Ò# Q| 9 כ s . · ú ¡ z ´+ « > õ \ _ , 1.2 µm s
© _ ¿ º î r / B N$ í ~ à Ì} ` ¦ 6 xÙ þ ¡` ¦ M : H / B N7 £ x à Ì\ _
ô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H [ j/ B N _ A \ 0 Au ô Ç l ó ø Í © \ ¸
&
h ½ + Ë$ í s ¸ ú s À Ò# Qt t · ú § ¤ [11]. [ j/ B N _ U ´s / B I
· ú
À Òp ~ Ã Ì} _ ¿ ºa H d Ü ¼ Ð, : r z ´+ « >\ " f H ¿ º P : é
ß > ª F G í ß o r ç ß ` ¦ Â ú ª> ¸] X # ¿ ºa · û ª É r / B N
$ í
~ Ã Ì} ` ¦ ] j % i . : r z ´+ « >\ " f Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ô Ç /
B N$ í ~ Ã Ì} _ ¿ ºa H 300 nms 9, s Qô Ç ¿ ºa _ } ` ¦
$ í
© r v H X < H ª F G í ß o r ç ß s 10 min & ñ ¸ èכ ¹
÷
&% 3 .
Fig. 4 H / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð # Ó ü t o
&
h l © 7 £ x à Ì\ _ K · ú À Òp ³ o u` ¦ 7 £ x à Ìr Ê ê_ r « Ñ_
¸_ þ v` ¦ Ð# Å Ò ¦ e H SEM Ü ¼ Ð" f, / B N$ í · ú À Òp
~ à Ì} ³ ð \ 7 £ x Ã Ì ) a · ú À Òp ³ o u õ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ) a /
B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} , Õ ªo ¦ l ó ø Í © \ + þ A$ í ) a · ú À Òp ³ o u
¸& h C \ P _ 38 £ x ½ ¨ ¸\ ¦ Ð# Å Ò ¦ e . s Õ ªa Ë >_ ¢ , a A
á
¤ A \ Ðs H rÒ o  Òì r É r / B N$ í · ú À Òp ~ à Ì} ³ ð
\ · ú À Òp ³ o u s 7 £ x Ã Ì ) a ¸_ þ v s . Õ ªa Ë >_ ¢ , aA á ¤ \ e H
î à Õ ªÓ ü t ¸ ª É r / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} s ¦, ¸ É r A á ¤ Â Ò ì
r É r { l ó ø Í © \ + þ A$ í ) a · ú À Òp ³ o u ¸& h [ þ t s .
Fig. 5 H ½ + Ë$ í ) a ½ ¨o ¸& h C \ P © I \ ¦ Ð# Å Ò H FE-SEM [ þ t Ð" f, [ j/ B N f â s y y 52, 58, 66 nm / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} ` ¦ Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð # ½ + Ë$ í ) a
¸& h C \ P _ FE-SEM ¸_ þ v s . ½ + Ë$ í ) a ¸& h _
{ f â É r 6 x ) a Å Ò+ þ A_ [ j/ B N f â \ y y
Fig. 4. SEM photograph of top surface view of Al de- posited template.
59, 69, 79 nm " f Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ) a · ú À Òp ~ Ã Ì} [ j/ B N _ f
â Ð ¸F K ß ¼> ½ + Ë$ í ÷ & ¦ e . s ü < ° ú É r & ³ © É r Å Ò + þ
AÜ ¼ Ð 6 x ) a / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} s ¨ î ¨ î t 3 l w l
M :ë H \ F K5 Å q l ó ø Íõ ¢ - a y x 9 à Ì÷ &t 3 l w ¦ ç ß _ ç
ß ` ¦ s À Ò ¦ e # Q" f, s ç ß ` ¦ : x # F K5 Å q 7 £ x l l ó ø
Í © \ 4 R " f 7 £ x à Ìs ÷ &% 3 l M :ë H כ Ü ¼ Ð ó ø Í é
ß ) a .
Fig. 6 É r ½ + Ë$ í ) a ½ ¨o ¸& h _ { f â s y y 59, 69, 79 nm ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ @ /ô Ç ¸& h _ l < Æ
&
h ¸ ª ` ¦ S X l 0 A # AFM_ é ß ¸ ì r$ 3 á Ô ÐÕ ª Ï þ
, y ¸l á Ô ÐÕ ªÏ þ ` ¦ s 6 x # ¸& h & ñ © \ " f_ ¶ ð 7
á
¤ ô Ç & ñ ¸\ ¦ ? / H y ¸\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ s . ¸& h _
{ f â s y y 59, 69, 79 nm ¸& h [ þ t \ " f Õ ª [
þ
t & ñ © \ " f_ ¶ ð7 á ¤ ô Ç & ñ ¸\ ¦ ? / H y ¸ { f
â
\ Y V@ / Ð y y 18
◦, 19
◦, 20
◦ Ð" f, [ j/ B N _
{ f â s ` ¦ Ã º2 ¤ ¸& h & ñ © \ " f_ ¶ ð7 á ¤ ô Ç & ñ ¸
\
¦ ? / H y ¸ % i r t H â ¾ Ó` ¦ Ð# Å Ò ¦ e .
s
y ¸ H כ É r ¸& h & ñ © \ " f_ / B GÒ ¦ ì ø Í
â
s f ` ¦ _ p ô Ç .
2. ¹ Å4 U ê s û s Ú ¤V R Ë ¤X N Ë
> ~ ½ ÓØ ¦ ´ òõ \ ¦ ? / H Folwer-Nordheim d \ " f
© @ /& h Ü ¼ Ð % ò ¾ Ós É r  Òì r` ¦ Á ºr H & h Ü ¼ Ð l
© õ À Óx 9 ¸_ ' a > H 6 £ § õ ° ú s è q à º e [18].
J = AE
2Φ
exp
− B E
Φ
3/2[A/cm
2] (1)
Fig. 5. Structure of Cu nanodot array prepared using a porous alumina membrane as several templates: (a) The dot base diameter is ca. 59 nm when using a template of 52 nm pore size, (b) the dot base diameter is ca. 69 nm when using a template of 58 nm pore size, and (c) the dot base diameter is ca. 79 nm when using a template of 66 nm pore size.
#
l " f, Φ H { 9 < ÊÃ ºs 9, A_ ° ú כ É r 1.54 × 10
−6A · (eV )/V
2s 9, B H 6.83 × 10
7(eV )
−3/2/V ·cm
−1s .
#
l " f, J H À Ó x 9 ¸, Φ H { 9 < ÊÃ º, E H l © s .
K ï r · ú õ ~ ½ ÓØ ¦ À Ó H 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e Ü ¼Ù ¼ Ð, À Ó x 9
¸ ü < l © \ ¦ 6 £ § õ ° ú s ¿ º Ã º ~ ½ ÓØ ¦" é ¶
Fig. 6. Angle at the top for: (a) the dot fabricated using a template of 52 nm pore size, (b) the dot fabricated using a template of 58 nm pore size, and (c) the dot fabricated using a template of 66 nm pore size.
_
~ ½ ÓØ ¦ & h αü < ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ _ Z } s h, / B GÒ ¦ ì ø Í â r, Õ ªo ¦
ª F G õ 6 £ §F G s _ o d\ ¦ ¦ 9ô Ç l < Æ& h β = h/rd\ ¦ 6 x # · ú õ ~ ½ ÓØ ¦ À Ó_ ' a > \ ¦ 6 £ § õ ° ú s
Z ~ Ü ¼ ,
J = I
α , E = βV (2) Fowler-Nordheim d É r 6 £ § õ ° ú s ) a .
I = mV
2exp( n
V ) (3)
ln = ( I V
2) = n
v + ln m (4)
#
l " f m É r A ×
αβΦ2s ¦, n É r −B ×
Φ3/2βs .
0
A d (3)\ _ ms 9 þ t à º2 ¤, Õ ªo ¦ n_ ] X @ /° ú כ s
` ¦ Ã º2 ¤ ~ ½ ÓØ ¦ À Ó & . s כ É r l < Æ& h β = h/rd ÐÂ Ò' ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ _ / B GÒ ¦ ì ø Í â s ` ¦ Ã º2 ¤, Õ ªo ¦ { 9
< ÊÃ º ` ¦ Ã º2 ¤ ~ ½ ÓØ ¦ À Ó & H כ ` ¦ _ p ô Ç
. ¢ ¸ô Ç 0 A_ d (4) ÐÂ Ò' ln(
VI2) õ
V1" f Ð + þ A& h
'
a > \ e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . s Qô Ç Fowler -Nordheim / B G
(F-N plot) Õ ªA á Ô\ " f_ l Ö ¦ l n H ~ Ã Ì} _ { 9 < ÊÃ º
nanodot array: (a) the dot base diameter of 59 nm, (b) the dot base diameter of 69 nm, and (c) the dot base diameter of 79 nm.
` ¦ à º2 ¤, Õ ªo ¦ l < Æ& h 9 þ t à º2 ¤ Õ ª ] X @ /° ú כ s
É r ° ú כ` ¦ ° ú > ) a . l < Æ& h β H / B GÒ ¦ ì ø Í â \ ì
ø Íq Y V < ÊÜ ¼ Ð / B GÒ ¦ ì ø Í â s | 9 Ã º2 ¤ β & t ¦,
"
f © @ /& h Ü ¼ Ð ± ú É r · ú \ " f > ~ ½ ÓØ ¦ ´ òõ { 9 # Q± ú
כ s .
Fig. 7 É r ¸& h _ { f â s y y 59, 69, 79 nm · ú À
Òp ³ o u ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ Ü ¼ Ð 6 x # ,
l © \ @ /ô Ç ~ ½ ÓØ ¦ À Ó x 9 ¸\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç Õ ªA á Ôs
. s Õ ªA á Ô\ _ ¸& h _ { f â s 59, 69, 79 nm{ 9 M : @ /6 £ x ÷ & H 1 l x l © [ þ t É r y y 6.2, 8.2, 14.5 V/µm s . s Õ ªa Ë >_ ¸ É r A á ¤ © é ß \ ¶ ú { 9 ) a Õ ªa Ë >\ " f
Ð H ü < ° ú s { f â s | 9 Ã º2 ¤ 1 l x l © _ [
jl ¸ H כ ` ¦ · ú Ã º e . s ü < ° ú s 8 £ ¤& ñ ) a 1
l
x l © ` ¦ ¸& h _ + þ AI Z > Ð q §K ^ ¦ M :, s Õ ªa Ë >
_
¸ É r A á ¤ © é ß \ ¶ ú { 9 ) a Õ ªa Ë >\ " f Ð H ü < ° ú s ° ú
É
r · ú À Òp ³ o u ¸& h C \ P ½ ¨ ¸ ¦ 8 ¸ ¸& h _
{ f â s ` ¦ Ã º2 ¤, 7 £ ¤ ¸& h & ñ © \ " f_ / B GÒ ¦ ì ø Í â s
| 9 Ã º2 ¤ > ~ ½ ÓØ ¦ s © @ /& h Ü ¼ Ð ± ú É r l © \
"
f { 9 # Qz ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e .
Fig. 8 É r ¸& h _ { f â s y y 59, 69, 79 nm ½ ¨ o
¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ~ ½ ÓØ ¦" é ¶ Ü ¼ Ð 6 x # ,
l © \ @ /ô Ç ~ ½ ÓØ ¦ À Ó x 9 ¸\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç Õ ªA á Ôs . s Õ
ªA á Ô\ " f Ð H ü < ° ú s , ¸& h _ { f â s y y 59, 69, 79 nm{ 9 M : 1 l x l © s Y V@ / Ð y y 10.8, 16.0, 17.8 V/µm Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . s ü < ° ú s 8 £ ¤& ñ ) a 1 l x
l © [ þ t` ¦ ¸& h _ + þ AI Z > Ð q §K ^ ¦ M :, s Õ ªa Ë >
_
¸ É r A á ¤ © é ß \ ¶ ú { 9 ) a Õ ªa Ë >\ " f Ð H ü < ° ú s ½ ¨ o
â Ä º\ ¸ · ú À Òp ³ o u \ " fü < ° ú s ¸& h _ { f
nanodot array: (a) the dot base diameter of 59 nm, (b) the case of dot base diameter of 69 nm, and (c) the dot base diameter of 79 nm.
Fig. 9. Fowler-Nordheim curve for several base diameters of dot: (a) Al nanodot array and (b) Cu nanodot array.
â
s ` ¦ Ã º2 ¤ > ~ ½ ÓØ ¦ s © @ /& h Ü ¼ Ð ± ú É r l © \
"
f { 9 # Q ¦ e 6 £ §` ¦ Ð# Å Ò ¦ e .
Fig. 9 H ¸& h _ { f â Z > Ð > ~ ½ ÓØ ¦ : £ ¤$ í ` ¦
? / ¦ e H F-N plot Ü ¼ Ð" f Log(I/V
2) ü < 1/V s _ ' a
>
\ ¦ Ð# Å Ò ¦ e . s Õ ªa Ë >Ü ¼ ÐÂ Ò' @ /^ & h Ü ¼ Ð F-N plot[ þ t s a % ~ É r + þ A$ í ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e . d (4)\ _ { 9
< Êà º ¦ l < Æ& h \ í < Ê÷ & H / B GÒ ¦ ì ø Í â s
t , F-N plot l Ö ¦ l _ ] X @ /° ú כs . s Qô Ç
z ´ ÐÂ Ò' F-N plot l Ö ¦ l _ ] X @ /° ú כs ` ¦ Ã º2 ¤ >
~
½ ÓØ ¦ s ¸ ú { 9 # Q± ú כ s H כ ` ¦ · ú Ã º e . Fig. 9 ÐÂ Ò '
¸& h f â _ ß ¼l \ F-N plot l Ö ¦ l _ ] X @ /
° ú
כ` ¦ Table 1 \ ³ ðr % i . s ³ ð ÐÂ Ò' ¸& h _ f â s
y y É r · ú À Òp ³ o u ¸& h C \ P ½ ¨ ¸ü < ½ ¨o ¸& h C
\ P ½ ¨ ¸\ " f_ F-N plot l Ö ¦ l _ ] X @ /° ú כ É r ¸& h _ f
â s | 9 Ã º2 ¤ H כ ` ¦ · ú Ã º e . s כ É r
Table 1. Absolute slope of Fowler-Nordheim curve for several Al and Cu dot sizes.
XX XX
XX XX X Metal
Dot size
59 nm 69 nm 79 nm
Al 1375 2131 17429
Cu 6034 12413 21882
¸& h _ f â s | 9 Ã º2 ¤ > ~ ½ ÓØ ¦ s ¸ ú { 9 # Qè ß H
כ
` ¦ _ p H כ Ü ¼ Ð, : r z ´+ « > õ \ _ Fig. 6\
"
fü < ° ú s ¸& h _ { f â s ` ¦ Ã º2 ¤ ¸& h & ñ ©
\
" f_ ¶ ð7 á ¤ ô Ç & ñ ¸\ ¦ ? / H y ¸ % i r t H כ Ü
¼ Ð Ð , ¸& h _ / B GÒ ¦ ì ø Í â \ É r % ò ¾ ÓÜ ¼ Ð ó ø Íé ß ) a
. Õ ªo ¦ ° ú É r ¸& h _ f â ` ¦ t 8 ¸ { 9 < ÊÃ º
H ½ ¨o ¸& h C \ P ½ ¨ ¸ Ð H { 9 < ÊÃ º É r · ú À Òp
³ o
u ¸& h C \ P ½ ¨ ¸ F-N plot l Ö ¦ l _ ] X @ /° ú כs
H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e . ¢ ¸ô Ç Fig. 7õ 8 ÐÂ Ò' { 9 < ÊÃ º
½ ¨o Ð © @ /& h Ü ¼ Ð ± ú É r · ú À Òp ³ o u ({ 9 < ÊÃ º 3.0 eV)
¸& h C \ P ½ ¨ ¸ ½ ¨o ({ 9 < ÊÃ º 4.1 eV) ¸& h C \ P
½
¨ ¸ Ð 1 l x l © s ± ú H כ ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e .
IV. + s Ç Â ] Ø
: r ½ ¨\ " f H Ó ü t o & h l © 7 £ x à Ì\ _ K · ú À Òp ³ o u õ
½
¨o ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ½ + Ë$ í ¦, ¸& h _ l < Æ& h + þ
AI ( ¸& h _ { f â õ / B GÒ ¦ ì ø Í â )\ É r > ~ ½ ÓØ ¦
´
òõ \ ¦ 8 £ ¤& ñ , ì r$ 3 % i . / B N$ í · ú À Òp Å Ò+ þ A_ [ j/ B N f
â ` ¦ ¸] X H ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # ¸& h _ l < Æ& h + þ
AI É r ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ½ + Ë$ í % i .
½
+ Ë$ í ) a / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì} _ [ j/ B N f â É r 36, 38, 40 V _ ª F G · ú \ 52, 58, 66 nms % 3 . ª F G
· ú
s 36, 38, 40 V{ 9 M :, [ j/ B N f â É r 50, 55, 60 nm ÷ &
#
Q H X <, [ j/ B N f â s s [ þ t Ð ¸F K 8 H כ É r ª F
G í ß o f Ê ê\ Ã º' ) a ³ ð \ g Aõ & ñ \ " f [ j/ B N { 9 ½ ¨
S X
© ÷ & " f [ j/ B N ? /Â Ò Ð Å Ò{ 9 ) a í ß 6 xÓ os [ j/ B N ? /# 4
t \ g Ar ( Ü ¼ Ð" f : r A _ f â Ð 8 S X © ) a כ Ü ¼
Ð ó ø Íé ß ) a . s ü < ° ú s ½ + Ë$ í ) a Å Ò+ þ A` ¦ 6 x # ½ + Ë$ í ) a
¸& h _ { f â s 59, 69, 79 nmÜ ¼ Ð" f Å Ò+ þ A_ [ j/ B N f
â Ð H כ É r Å Ò+ þ AÜ ¼ Ð 6 x ) a / B N$ í · ú À Òp ~ Ã Ì }
s ¨ î ò ø Í t 3 l w # F K5 Å q l ó ø Íõ _ s \ ç ß _ ç ß
s Ò q tl > ÷ &% 3 ¦, " f F K5 Å q 7 £ x l s : £ § D h\ ¦ : x
# l ó ø Í © \ 4 R 7 £ x à Ìs ÷ &% 3 l M :ë H Ü ¼ Ð ó ø Íé ß
) a .
/ B N$ í · ú À Òp Å Ò+ þ A\ _ # Ó ü t o & h l © 7 £ x à ÌÜ ¼
Ð F K5 Å q ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ ¦ ½ + Ë$ í H â Ä º, Å Ò+ þ A_ [ j/ B N
{ f â s ` ¦ Ã º2 ¤ ½ + Ë$ í ) a ¸& h [ þ t É r Õ ª & ñ © \ " f _
¶ ð7 á ¤ ô Ç & ñ ¸\ ¦ ? / H y ¸ % i r t H â ¾ Ó` ¦
Ð# Å Ò ¦ e . " f Å Ò+ þ A_ [ j/ B N { f â s ` ¦ Ã º 2
¤ / B GÒ ¦ ì ø Í â s É r ¸& h [ þ t s ½ + Ë$ í ) a H כ ` ¦ · ú Ã º e
% 3 .
s
Qô Ç ¸& h C \ P ½ ¨ ¸\ @ /ô Ç > ~ ½ ÓØ ¦ ´ òõ Ð" f,
¸& h { f â s 59, 69, 79 nm { 9 M : · ú À Òp ³ o u ¸
&
h C \ P ½ ¨ ¸_ ~ Ã Ì} \ " f H 1 l x l © s y y 6.2, 8.4, 14.4 V/µm s ¦, ½ ¨o ¸& h C \ P ½ ¨ ¸_ ~ Ã Ì} \ " f H 1
l
x l © s y y 10.8, 15.4, 16.7 V/µm Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3
. s ü < ° ú s ¸& h { f â s | 9 Ã º2 ¤ > ~ ½ ÓØ ¦ 1
l
x l © s ± ú t H כ É r ¸& h { f â _ % ò ¾ Ó s
l Ð H ¸& h { f â s | 9 Ã º2 ¤ ¸& h & ñ
© \ " f_ / B GÒ ¦ ì ø Í â s & l M :ë H \ , ² D G É r ¸& h /
B
GÒ ¦ ì ø Í â \ _ ô Ç ´ òõ ¦ ó ø Íé ß ) a .
¢
¸ô Ç s Qô Ç õ [ þ t É r > ~ ½ ÓØ ¦ \ @ /ô Ç Fowler- Nordheim d õ { 9 u H a % ~ É r â ¾ Ó` ¦ Ð# Å Ò% 3 ¦, F-N plot \ " f ¸ a % ~ É r + þ A$ í ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e # Q" f s ÐÂ Ò' 8 £ ¤
&
ñ ) a õ > ~ ½ ÓØ ¦ ´ òõ \ _ ô Ç כ e ` ¦ S X ½ + É Ã º e
% 3 .
Y
c p w à U Ø ô
[1] C. L. Xu, H. Li, G. Y. Zhao and H. L. Li, Appl.
Surface Science 253, 1399 (2006).
[2] C. H. Liang, K. Terale, T. Hasegawa and M. Aono, Solid State Ionics 177, 2527 (2006).
[3] H. Masuda and M. Satoh, Jpn. J. Appl. Phys. 35, L126 (1996).
[4] H. Masuda, K. Yasusi and K. Nishio, Adv. Mater 12, 1031 (2000).
[5] M. Nakamoto, T. Hasegawa and K. FuKuda, Tech- nical Digest of IEDM 97, 717 (1997).
[6] C. A. Spindt, C. E. Holland and R. D. Stowell, Appl.
of Surface Sci. 16, 268 (1983).
[7] C. A. Spindt, C. E. Holland and R. D. Stowell, Jour- nal de Physique, Colloque C 9, 269 (1984).
[8] I. Brodie, J. Appl. Phys. 35, 2324 (1964).
[9] Byung-Yun Kong, M.S. thesis, Sejong University, 2004.
[10] J. H. Jung, B. K. Ju, Y. H. Lee, M. H. Oh and J.
Jang, Techncal Digest, IDW 96, 143 (1996).
[11] Suck Kyou Park, Ji Seok Noh, Won Bai Chin and
Dae dong Sung, Current Applied Physics. 7, 180
(2007).
Dong Hyun Kim and Won Bai Chin
∗Department of Material Physics, Dong-A University, Busan 604-714 (Received 7 January 2009, in final form 16 January 2009)
Nanoporous alumina films of different pore sizes were fabricated by controlling the anodization voltage. Using these anodic nanoporous alumina films as templates, we fabricated Al and Cu nanodot arrays by physical vapor deposition. The base diameter of the dots fabricated in this way depended on the pore diameter of the template employed. It was revealed that dots became more pointed at the end as the dot’s base diameter became smaller. The effect of geometrical dot shape on the electric field emission characteristics was investigated for Al and Cu nanodot arrays, and the turn-on strength of the applied field was shown to decrease as the top of the dot gradually became more sharply pointed. In addition, the Fowler-Nordheim plots showed good linearity.
PACS numbers: 81.05.Ys
Keywords: Metal nanodot, Field emission
∗
