Fabrication and characterization of carbon nanotube-based vacuum triode

This three years work dealt with the fabrication and characterization of carbon nanotube‐based vacuum triode. By reporting the manufacturing aspects and the related problems of the most widely investigated field emission devices, Spindt‐type arrays, innovative materials like Carbon Nanotubes (CNTs), Silicon Nanowires (SiNWs) and some promising Metal Oxide Nanostructures (namely ZnO, CuO, WO3, SnO2) have been shown and described as potential materials for the realization of field emission cathodes. As a result, their relative figures of merit in diode characterization in terms of turn‐on electric field, threshold electric field, current densities, emission stability and field enhancement factor have been carried out. Technological processes for the design and the fabrication of carbon nanotube‐based nanotriode with high field enhancement factor have been investigated. Problems correlated to the behavior of the device in high frequency characterization have been evaluated and possible solutions devised to overcome them have been analyzed and proposed. Results obtained in this work contributed to two publications, a review chapter, six proceedings and two patents and it has permitted at our group to participate as coordinator at the project OPTHER (Optically Driven TeraHertz Amplifiers), financed by FP7 in 2008.

Il lavoro svolto in questi anni di dottorato si è focalizzato sulla realizzazione e caratterizzazione di un triodo su scala micro/nanometrica. Il dispositivo in questione, in cui il fascio elettronico è ottenuto a partire da un catodo freddo realizzato con nanotubi, fonde in se le caratteristiche e le proprietà sia dei dispositivi a stato solido, sia dei dispositivi valvolari, offrendo da un lato un’elevata resistenza fisico‐termica, la capacità di miniaturizzazione, gli elevati tempi di vita e il peso ridotto, dall’altro alte frequenze e potenze di uscita. In questa attività sono stati messi a punto i passi tecnologici e di processo relativi alla realizzazione del dispositivo, è stato studiato ed analizzato il comportamento fisico dei catodi freddi realizzati con nanotubi di carbonio (CNTs), nanowires di silicio (SiNWs), o nanorods di Ossido di Zinco (ZnO). Sono state inoltre valutate le problematiche relative al funzionamento del dispositivo in frequenza e sono state proposte soluzioni a tal proposito. I risultati ottenuti in questo lavoro si sono concretizzati in 2 pubblicazioni su rivista, un articolo di review, 6 proceedings e 2 brevetti. Le competenze acquisite durante questo lavoro di dottorato hanno inoltre consentito di implementare il Progetto Europeo FP7 OPTHER, (Optically Driven TeraHertz Amplifiers), finanziato dalla comunità Europea nel periodo 2008‐2011 di cui il nodo di Roma risulta essere coordinatore.