High performance flexible field emitters made of aligned pyramidal shaped conducting ultrananocrystalline diamond (C-UNCD) microtips on polynorbornene substrates is demonstrated. Flexible C-UNCD pyramidal microtips show a low turn-on field of 1.80 V/μm with a field enhancement factor of 4580 and a high emission current density of 5.8 mA/cm2 (at an applied field of 4.20 V/μm) with life-time stability of 210 min. Such an enhancement in the field emission is due to the presence of sp2-graphitic sheath with a nanowire-like diamond core. This high performance flexible C-UNCD field emitter is potentially useful for the fabrication of diverse, flexible electronic devices.
REFERENCES
1.
K.
Nomura
, H.
Ohta
, A.
Takagi
, T.
Kamiya
, M.
Hirano
, and H.
Hosono
, Nature
432
, 488
(2004
).2.
Y.
He
, W.
Chen
, C.
Gao
, J.
Zhou
, X.
Li
, and E.
Xie
, Nanoscale
5
, 8799
(2013
).3.
B.
Comiskey
, J. D.
Albert
, H.
Yoshizawa
, and J.
Jacobson
, Nature
394
, 253
(1998
).4.
A.
Nadarajah
, R. C.
Word
, J.
Meiss
, and R.
Konenkamp
, Nano Lett.
8
, 534
(2008
).5.
S.
Park
, M.
Vosguerichian
, and Z.
Bao
, Nanoscale
5
, 1727
(2013
).6.
H. J.
Jeong
, H. D.
Jeong
, H. Y.
Kim
, S. Y.
Jeong
, J. T.
Han
, and G. W.
Lee
, Small
9
, 2182
(2013
).7.
Y.
Cheng
, H.
Zhang
, S.
Lu
, C. V.
Varanasi
, and J.
Liu
, Nanoscale
5
, 1067
(2013
).8.
T. H.
Kim
, W. M.
Choi
, D. H.
Kim
, M. A.
Meitl
, E.
Menard
, H.
Jiang
, J. A.
Carlisle
, and J. A.
Rogers
, Adv. Mater.
20
, 2171
–2176
(2008
).9.
Y. G.
Sun
and J. A.
Rogers
, Adv. Mater.
19
, 1897
(2007
).10.
L.
Gangloff
, E.
Minoux
, K. B. K.
Teo
, P.
Vincent
, V. T.
Semet
, V. T.
Binh
, M. H.
Yang
, I. Y. Y.
Bu
, R. G.
Lacerda
, G.
Pirio
, J. P.
Schnell
, D.
Pribat
, D. G.
Hasko
, G. A. J.
Amaratunga
, W. I.
Milne
, and P.
Legagneux
, Nano Lett.
4
, 1575
(2004
).11.
N.
Shang
, P.
Papakonstantinou
, P.
Wang
, A.
Zakharov
, U.
Palnitkar
, I. N.
Lin
, M.
Chu
, and A.
Stamboulis
, ACS Nano
3
, 1032
(2009
).12.
X.
Wang
, J.
Zhou
, C.
Lao
, J.
Song
, N.
Xu
, and Z. L.
Wang
, Adv. Mater.
19
, 1627
(2007
).13.
J.
Liu
, Z.
Zhang
, Y.
Zhao
, X.
Su
, S.
Liu
, and E.
Wang
, Small
1
, 310
(2005
).14.
Z. L.
Wang
, ACS Nano
2
, 1987
(2008
).15.
O.
Shenderova
, D.
Brenner
, and R. S.
Ruoff
, Nano Lett.
3
, 805
(2003
).16.
C. H.
Hsu
, S. G.
Cloutier
, S.
Palefsky
, and J.
Xu
, Nano Lett.
10
, 3272
(2010
).17.
H.
Watanabe
, C. E.
Nebel
, and S.
Shikata
, Science
324
, 1425
(2009
).18.
W.
Zhu
, G. P.
Kochanski
, and S.
Jin
, Science
282
, 1471
(1998
).19.
K. J.
Sankaran
, M.
Afsal
, S. C.
Lou
, H. C.
Chen
, C.
Chen
, C. Y.
Lee
, L. J.
Chen
, N. H.
Tai
, and I. N.
Lin
, Small
10
, 179
(2013
).20.
T.
Chang
, S.
Lou
, H.
Chen
, C.
Chen
, C.
Lee
, N.
Tai
, and I.
Lin
, Nanoscale
5
, 7467
(2013
).21.
K. J.
Sankaran
, K.
Panda
, B.
Sundaravel
, H. C.
Chen
, I. N.
Lin
, C. Y.
Lee
, and N. H.
Tai
, ACS Appl. Mater. Interfaces
4
, 4169
(2012
).22.
K. J.
Sankaran
, H. C.
Chen
, C. Y.
Lee
, N. H.
Tai
, and I. N.
Lin
, Appl. Phys. Lett.
101
, 241604
(2012
).23.
S.
Bhattacharyya
, O.
Auciello
, J.
Birrell
, J. A.
Carlisle
, L. A.
Curtiss
, A. N.
Goyette
, D. M.
Gruen
, A. R.
Krauss
, J.
Schlueter
, A.
Sumant
, and P.
Zapol
, Appl. Phys. Lett.
79
, 1441
(2001
).24.
K. J.
Sankaran
, Y. F.
Lin
, W. B.
Jian
, H. C.
Chen
, K.
Panda
, B.
Sundaravel
, C. L.
Dong
, N. H.
Tai
, and I. N.
Lin
, ACS Appl. Mater. Interfaces
5
, 1294
(2013
).25.
K. J.
Sankaran
, J.
Kurian
, H. C.
Chen
, C. L.
Dong
, C. Y.
Lee
, N. H.
Tai
, and I. N.
Lin
, J. Phys. D: Appl. Phys.
45
, 365303
(2012
).26.
P. T.
Joseph
, L. J.
Chen
, N. H.
Tai
, U.
Palnitkar
, H. F.
Cheng
, and I. N.
Lin
, J. Nanosci. Nanotechnol.
8
, 4198
(2008
).27.
J. P.
Thomas
, H. C.
Chen
, N. H.
Tai
, and I. N.
Lin
, ACS Appl. Mater. Interfaces
3
, 4007
(2011
).28.
R. A.
Shick
, S. K.
Jayaraman
, B. L.
Goodall
, L. F.
Rhodes
, W. C.
McDougall
, P.
Kohl
, S. A.
Bidstrup-Allen
, and P.
Chiniwalla
, Adv. Microelectron.
25
, 13
(1998
).29.
A. C.
Ferrari
and J.
Robertson
, Phys. Rev. B
63
, 121405
(2001
).30.
J.
Birrell
, J. E.
Gerbi
, O.
Auciello
, J. M.
Gibson
, D. M.
Gruen
, and J. A.
Carlisle
, J. Appl. Phys.
93
, 5606
(2003
).31.
Y. K.
Chang
, H. H.
Hsieh
, W. F.
Pong
, M. H.
Tsai
, F. Z.
Chien
, P. K.
Tseng
, L. C.
Chen
, T. Y.
Wang
, K. H.
Chen
, J. R.
Bhusari
, J. R.
Yang
, and S. T.
Lin
, Phys. Rev. Lett.
82
, 5377
(1999
).32.
P. T.
Joseph
, N. H.
Tai
, C. H.
Chen
, H.
Niu
, H. F.
Cheng
, W. F.
Pong
, and I. N.
Lin
, J. Phys. D: Appl. Phys.
42
, 105403
(2009
).33.
K.
Teii
and T.
Ikeda
, Diamond Relat. Mater.
16
, 753
(2007
).34.
R. H.
Fowler
and L.
Nordheim
, Proc. R. Soc. London, Ser. A.
119
, 173
(1928
).35.
J. B.
Cui
, J.
Ristein
, and L.
Ley
, Phys. Rev. B
60
, 16135
(1999
).36.
S. G.
Wang
, Q.
Zhang
, S. F.
Yoon
, J.
Ahn
, D. J.
Yang
, Q.
Wang
, Q.
Zhou
, and J. Q.
Li
, Diamond Relat. Mater.
12
, 8
(2003
).37.
H. S.
Sim
, S. P.
Lau
, H. Y.
Yang
, L. K.
Ang
, M.
Tanemura
, and K.
Yamaguchi
, Appl. Phys. Lett.
90
, 143103
(2007
).38.
M.
Arif
, K.
Heo
, B. Y.
Lee
, J.
Lee
, D. H.
Seo
, S.
Seo
, J.
Jian
, and S.
Hong
, Nanotechnology
22
, 355709
(2011
).39.
L.
Yuan
, Y.
Tao
, J.
Chen
, J.
Dai
, T.
Song
, M.
Ruan
, Z.
Ma
, L.
Gong
, K.
Liu
, X.
Zhang
, X.
Hu
, J.
Zhou
, and Z. L.
Wang
, Adv. Funct. Mater.
21
, 2150
(2011
).40.
V. P.
Verma
, S.
Das
, I.
Lahiri
, and W.
Choi
, Appl. Phys. Lett.
96
, 203108
(2010
).41.
J. D.
Carey
, R. D.
Forrest
, and S. R. P.
Silva
, Appl. Phys. Lett.
78
(16
), 2339
(2001
).42.
A.
Ilie
, A. C.
Ferrari
, T.
Yagi
, S. E.
Rodil
, J.
Robertson
, E.
Barborini
, and P.
Milani
, J. Appl. Phys.
90
, 2024
(2001
).43.
A.
Ilie
, A. C.
Ferrari
, T.
Yagi
, and J.
Robertson
, Appl. Phys. Lett.
76
, 2627
(2000
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
