Miniature vacuum sensor based on gas adsorptions from carbon nanotube field emitters

场电子发射 碳纳米管 材料科学 共发射极 二极管 光电子学 超高真空 纳米技术 吸附 真空度 结晶度 电子 化学 物理 量子力学 复合材料 有机化学
作者
Song Kang,Weijin Qian,Ruizi Liu,Haipeng Yu,Wei Zhu,Xinkai Liao,Fuquan Wang,Weijun Huang,Changkun Dong
出处
期刊:Vacuum [Elsevier BV]
卷期号:207: 111663-111663 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.vacuum.2022.111663
摘要

A mini-type vacuum sensor based upon current enhancement from gas adsorption for multi-walled carbon nanotube (MWNT) field emitters is developed. The current increase rates in low emission state are proportional to gas pressures in nitrogen, hydrogen, and mixed gas environments. The field emission energy distribution (FEED) measurement demonstrated the reductions of electron tunneling energy barriers in H2 and N2 ambiences. The first-principles simulation indicates that the energy barrier reduction, which is related to the surface energy well from nitrogen adsorption, is attributed to the sensing effect for nitrogen. Both experiments and first-principles simulation affirmed that the high MWNT crystallinity benefits the sensing performance. The miniature sensor in millimeter dimensions based on MWNT field emitter with simple diode configuration can operate in a wide vacuum range from 10−7 to 10−2 Pa. The sensor was assembled inside the X-ray tube to measure the in-situ device vacuum, showing great potentials for vacuum electronic device applications.

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