Abstract
Deposition conditions of diamond thin films were optimized using hot-filament chemical vapor deposition (HFCVD). Boron-doped diamond thin films with varying boron densities were then fabricated using B4C solid pellets. Current-voltage responses and field emission currents were measured to test the characteristics of field emission display (FED). With the increase of boron doping, the crystal size of diamond decreased slightly, but its quality was not changed significantly in case of small doping. The I-V characterization was performed for Al/diamond/p-Si, and the current of doped diamond film was increased $10^4\sim10^5$ times as compared with that of undoped film. In the field emission properties, the electrons were emitted with low electric field with the increase of doping, while the emission current increased. The onset-field of electron emission was 15.5 V/$\mu\textrm{m}$ for 2 pellets, 13.6 V/$\mu\textrm{m}$ for 3 pellets and 11.1 V/$\mu\textrm{m}$ for 4 pellets. With the incorporation of boron, the slope of Fowler-Nordheim graph was decreased, revealing that the electron emission behavior was improved with the decrease of the effective barrier energy.
열-필라멘트 CVD 장치를 이용하여 다이아몬드 박막의 증착 조건을 최적화시켰다. $B_4C $ 고체 펠렛을 사용하여 보론두핑된 다이아몬드 박막을 제조하여 그 질적 특성을 알아보고, 전류전압 특성과 전계 방출 측정을 통해 박막의 전계방출소자(field emission display (FED)로의 특성을 조사하였다. 보론 도핑의 양이 증가함에 따라 다이아몬드 결정의 평균 입자 크기가 조금씩 감소하지만 다이아몬드의 질은 소량 도핑인 경우에 크게 바뀌지 않았다. Al/Diamond/p-Si 소자의 전류전압 특성을 조사한 결과 도핑된 다이아몬드 박막의 전류는 도핑되지 않은 박막의 전류에 비해 $10^4$~$10^5$배 정도 증가하였다. 전계방출 특성을 조사한 결과 보론-도핑이 증가함에 따라 점차 낮은 전기장에서 전자를 방출하며, 또한 높은 방출 전류를 나타냈다. 전자가 방출되기 시작하는 onset-field는 펠렛의 수가 2개일 때 15.5 V/$\mu\textrm{m}$, 3개일 때 13.6 V/$\mu\textrm{m}$, 4개일 때는 11.1 V/$\mu\textrm{m}$. 체계적으로 감소하였다. 도핑의 강도가 세어짐에 따라 Fowler-Nordheim 그래프의 기울기는 감소하는 경향을 보였으며, 이로서 보론 도핑으로 인해 유효 장벽 에너지가 감소되어 전자 방출 특성이 향상됨을 알 수 있었다.
