Original title: Příprava nanostruktur pro elektronové emisní zdroje
Translated title: Fabrication of nanostructures for electron emission sources
Authors: Pokorný, David ; Čech, Vladimír (referee) ; Mikulík, Petr (referee) ; Mach, Jindřich (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2026
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Tato práce se zabývá přípravou nanostruktur pro elektronové emisní zdroje se zaměřením na emisi polem. V teoretické části jsou shrnuty typy elektronových zdrojů, mechanismy emise elektronů do vakua a praktické aspekty Fowler–Nordheimovy analýzy včetně interpretace efektivního faktoru zesílení pole a možných zdrojů nelinearit. Experimentální část rozvíjí nízkoteplotní růst nanokrystalů GaN založený na depozici Ga z efuzní cely a následné nitridaci hypertermálními dusíkovými ionty o energii 50 eV. Metoda je aplikována na dvou substrátech: (1) příprava GaN na wolframových hrotech reálných emisních katod, kde je diskutována role povrchu, difuze Ga a vliv elektrického pole na reprodukovatelnost růstu v okolí hrotu; a (2) růst GaN nanokrystalů na grafenem pokrytých měděných substrátech. Ve druhém systému je změnou teploty depozice (100–200 °C) a proudové hustoty iontů během nitridace (1–1,9 µA/cm^2) řízena hustota a morfologie nanokrystalů včetně tvorby lokálně dutých struktur bohatých na hrany. Morfologie je korelována s emisními charakteristikami. Nejlepší vzorek vykazuje spínací pole 3,4 V/µm a efektivní faktor zesílení pole = 1470. Práce udává vztah mezi morfologií nízkoteplotních nitridových nanostruktur a jejich emisními charakteristikami a formuluje doporučení pro jejich úspěšný růst na obou druzích substrátu. This thesis focuses on the preparation of nanostructures for electron emission sources, with an emphasis on field emission. The theoretical part summarizes the types of electron sources, the mechanisms of electron emission into vacuum, and practical aspects of Fowler–Nordheim analysis, including the interpretation of the effective field-enhancement factor and possible sources of nonlinearity. The experimental part develops a low-temperature growth of GaN nanocrystals based on Ga deposition from an effusion cell followed by nitridation using hyperthermal nitrogen ions with an energy of 50 eV. The method is applied to two substrates: (1) the preparation of GaN on tungsten tips of real emission cathodes, where the roles of surface properties, Ga diffusion, and the influence of the electric field on the reproducibility of growth on the very tip are discussed; and (2) the growth of GaN nanocrystals on graphene-coated copper substrates. In the second system, the nanocrystal density and morphology, including the formation of locally hollow, edge-rich structures, are controlled by varying the deposition temperature (100–200 °C) and the ion current density during nitridation (1–1.9 µA/cm^2). The morphology is correlated with the emission characteristics. The best sample exhibits a turn-on field of 3.4 V/µm and an effective field-enhancement factor of = 1470. The thesis establishes a relationship between the morphology of low-temperature nitride nanostructures and their emission characteristics and formulates recommendations for their successful growth on both types of substrates.
Keywords: Cu; field emission; Fowler–Nordheim analysis; GaN; graphene; hyperthermal nitrogen ions; low-temperature droplet epitaxy; SEM; tungsten tip emitters; XPS; Cu; emise polem; Fowler–Nordheimova analýza; GaN; grafen; hypertermální dusíkové ionty; nízkoteplotní kapková epitaxe; SEM; wolframové emisní hroty; XPS

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/260582

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-778795


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses