Morphology control and field emission characteristics of carbon nanofibers grown by CVD

di Elena Salernitano, Theodoros Dikonimos Makris, Rossella Giorgi, Nicola Lisi, Serena Gagliardi, Maria Federica De Riccardis, Stefano Carta - ENEA, Technical Unit for Material Technologies, Rome - Daniela Carbone, Emanuela Piscopiello - ENEA, Technical Unit for Brindisi Material Technologies - Gennaro Conte - Roma Tre University, Solid State and Diamond Electronics Lab, Department of Physics, IFN-CNR and CNISM, Rome

One-dimensional carbon nanostructures, such as carbon nanofibers, show outstanding field emission properties due to their high aspect ratio. Platelet and tubular carbon nanofibers were grown by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. The fiber morphology could be tailored to the desired geometry by selecting the growth pressure in the 20 - 200 Torr range and the growth temperature between 700 and 900 °C. Fowler-Nordheim field emission currents were measured by using the variable anode-cathode distance technique. The results showed that, although nanofibers with different morphology have similar emission characteristics – such as very low electric field threshold (lower than 2 Vμm^-1) and high stable current density (hundreds of mA/cm²) – a different behavior could be observed by a fine I-V curve analysis

Controllo della morfologia di nanofibre di carbonio sintetizzate mediante CVD e proprietà di emissione di campo

Le nanostrutture di carbonio monodimensionali, come le nanofibre, presentano proprietà di emissione di campo prominenti, dovute all’elevato rapporto di forma. Nanofibre di carbonio di morfologia “platelet” e tubolari sono state sintetizzate mediante Deposizione Chimica da fase Vapore assistita da plasma . La morfologia delle fibre può essere controllata selezionando in maniera opportuna la pressione di processo tra 20 e 200 Torr e la temperatura tra 700 e 900 °C. Le correnti Fowler-Nordheim di emissione di campo sono state misurate utilizzando il metodo della distanza anodo-catodo variabile. I risultati ottenuti hanno mostrato che, sebbene nanofibre con differenti morfologie abbiano caratteristiche di emissione simili, come la bassissima soglia di campo elettrico (inferiore a 2 Vμm^-1) e l’elevata densità di corrente (centinaia di mA/cm²), un diverso comportamento può essere evidenziato da un’accurata analisi delle curve I-V