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Spitzen- und Kantenemitter aus Silizium mit einem hohen Aspektverhältnis für Ionisationsgassensoren
(2014)
Durch die Optimierung von reaktivem Ionenätzen mit induktiv gekoppeltem Plasma ist die Herstellung von verschiedenen Siliziumkathoden mit hoher Anisotropie und hohem Aspektverhältnis für Feldemissionsanwendungen möglich. Simulationen mit COMSOL Multiphysics untermauern das Potential von solchen Spitzen- und Kantenfeldemittern. Die Ergebnisse der Simulation zeigen einen zwei- bis sechsfach höheren Feldüberhöhungsfaktor der tiefgeätzten Strukturen im Vergleich zu identischen Emittern ohne zusätzliche Tiefenätzung. Feldemissionsmessungen bestätigen die Simulationsergebnisse. Der modifizierte Herstellungsprozess der Feldemitter ermöglicht somit einen zuverlässigen Betrieb von Feldemissionselektronenquellen bei kleineren makroskopischen Feldstärken. Außerdem weisen die Messungen des Emissionsstroms im Sättigungsbereich eine weitgehende Unabhängigkeit vom elektrischen Feld auf. Lokale Feldemissionsmessungen ergeben dadurch eine deutliche Stromstabilisierung, welche über große Feldstärkenbereiche konstant bleibt. Die Nutzung der HAR-Emitter (high aspect ratio) ist damit eine gute Voraussetzung für einen zuverlässigen Betrieb der Emissionskathoden bei kleinen Feldstärken für die Anwendung in Ionisationsgassensoren.