Enhanced electron field emission (EFE) properties for ultrananocrystalline diamond (UNCD) films upon platinum (Pt) ion implantation and subsequent post-annealing processes is reported, viz., low turn-on field of 4.17 V/μm with high EFE current density of 5.08 mA/cm2 at an applied field of 7.0 V/μm. Current imaging tunneling spectroscopy (CITS) mode in scanning tunneling spectroscopy directly revealed the increased electron emission sites density for Pt ion implanted/post-annealed UNCD films than the pristine one. The high resolution CITS mapping and local current–voltage characteristic curves demonstrated that the electrons are dominantly emitted from the diamond grain boundaries and Pt nanoparticles.

1.
W.
Zhu
,
G. P.
Kochanski
, and
S.
Jin
,
Science
282
,
1471
(
1998
).
2.
K.
Okano
,
K.
Hoshina
,
M.
Iida
,
S.
Koizumi
, and
T.
Inuzuka
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
2742
(
1994
).
3.
W. L.
Yang
,
J. D.
Fabbri
,
T. M.
Willey
,
J. R. I.
Lee
,
J. E.
Dahl
,
R. M. K.
Carlson
,
P. R.
Schreiner
,
A. A.
Fokin
,
B. A.
Tkachenko
,
N. A.
Fokina
,
W.
Meevasana
,
N.
Mannella
,
K.
Tanaka
,
X. J.
Zhou
,
T.
van Buuren
,
M. A.
Kelly
,
Z.
Hussain
,
N. A.
Melosh
, and
Z.-X.
Shen
,
Science
316
,
1460
(
2007
).
4.
M. W.
Geis
,
N. N.
Efremow
,
K. E.
Krohn
,
J. C.
Twichell
,
T. M.
Lyszczarz
,
R.
Kalish
,
J. A.
Greer
, and
M. D.
Tabat
,
Nature
393
,
431
(
1998
).
5.
H.
Yamaguchi
,
T.
Masuzawa
,
S.
Nozue
,
Y.
Kudo
,
I.
Saito
,
J.
Koe
,
M.
Kudo
,
T.
Yamada
,
Y.
Takakuwa
, and
K.
Okano
,
Phys. Rev. B
80
,
165321
(
2009
).
6.
T. D.
Corrigan
,
D. M.
Gruen
,
A. R.
Krauss
,
P.
Zapol
, and
R. P. H.
Chang
,
Diamond Relat. Mater.
11
,
43
(
2002
).
7.
K.
Panda
,
B.
Sundaravel
,
B. K.
Panigrahi
,
P.
Magudapathy
,
D. N.
Krishna
,
K. G. M.
Nair
,
H.-C.
Chen
, and
I-N.
Lin
,
J. Appl. Phys.
110
,
044304
(
2011
).
8.
D.
Zhou
,
A. R.
Krauss
,
L. C.
Qin
,
T. G.
McCauley
,
D. M.
Gruen
,
T. D.
Corrigan
,
R. P. H.
Chan
, and
H.
Gnaser
,
J. Appl. Phys.
82
,
4546
(
1997
).
9.
J.
Birrell
,
J. E.
Gerbi
,
O.
Auciello
,
J. M.
Gibson
,
D. M.
Gruen
, and
J. A.
Carlisle
,
J. Appl. Phys.
93
,
5606
(
2003
).
10.
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
).
11.
R.
Arenal
,
P.
Bruno
,
D. J.
Miller
,
M.
Bleuel
,
J.
Lal
, and
D. M.
Gruen
,
Phys. Rev. B
75
,
195431
(
2007
).
12.
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
).
13.
Y. C.
Lin
,
K. J.
Sankaran
,
Y. C.
Chen
,
C. Y.
Lee
,
H. C.
Chen
,
I-N.
Lin
, and
N. H.
Tai
,
Diamond Relat. Mater.
20
,
191
(
2011
).
14.
15.
S.
Prawer
and
R.
Kalish
,
Phys. Rev. B
51
,
15711
(
1995
).
16.
X. J.
Hu
,
J. S.
Ye
,
H.
Hu
,
X. H.
Chen
, and
Y. G.
Shen
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
131902
(
2011
).
17.
X. J.
Hu
,
J. S.
Ye
,
H. J.
Liu
,
Y. G.
Shen
,
X. H.
Chen
, and
H.
Hu
,
J. Appl. Phys.
109
,
053524
(
2011
).
18.
K.
Panda
,
B.
Sundaravel
,
B. K.
Panigrahi
,
H.-C.
Chen
,
P.-C.
Huang
,
W.-C.
Shih
,
S.-C.
Lo
,
L. J.
Lin
,
C.-Y.
Lee
, and
I-N.
Lin
,
J. Appl. Phys.
113
,
094305
(
2013
).
19.
P. W.
May
,
S.
Hohn
,
M. N. R.
Ashfold
,
W. N.
Wang
,
N. A.
Fox
,
T. J.
Davis
, and
J. W.
Steeds
,
J. Appl. Phys.
84
,
1618
(
1998
).
20.
J. M.
Garguilo
,
F. A. M.
Kock
,
B.
Brown
, and
R. J.
Nemanich
, in
Proceedings of Sixth Applied Diamond Conference/Second Frontier Carbon Technology Joint Conference
(
National Aeronautics and Space Administration
,
2001
), p.
133
.
21.
A. V.
Karabutov
,
V. D.
Frolov
,
S. M.
Pimenov
, and
V. I.
Konov
,
Diamond Relat. Mater.
8
,
763
(
1999
).
22.
A. R.
Krauss
,
O.
Auciello
,
M. Q.
Ding
,
D. M.
Gruen
,
Y.
Huang
,
V. V.
Zhirnov
,
E. I.
Givargizov
,
A.
Breskin
,
R.
Chechen
,
E.
Shefer
,
V.
Konov
,
S.
Pimenov
,
A.
Karabutov
,
A.
Rakhimov
, and
N.
Suetin
,
J. Appl. Phys.
89
,
2958
(
2001
).
23.
V.
Chatterjee
,
R.
Harniman
,
P. W.
May
, and
P. K.
Barhai
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
171907
(
2014
).
24.
H. J.
Mamin
,
E.
Ganz
,
D. W.
Abraham
,
R. E.
Thomson
, and
J.
Clarke
,
Phys. Rev. B
34
,
9015(R)
(
1986
).
25.
K.
Panda
,
B.
Sundaravel
,
B. K.
Panigrahi
,
P. C.
Huang
,
W. C.
Shih
,
H. C.
Chen
, and
I-N.
Lin
,
J. Appl. Phys.
111
,
124309
(
2012
).
26.
R. M.
Feenstra
,
Surf. Sci.
299–300
,
965
(
1994
).
27.
R. M.
Feenstra
and
P.
Martenssion
,
Phys. Rev. Lett.
61
,
447
(
1988
).
28.
S. Q.
Lud
,
M.
Niedermeier
,
P. S.
Koch
,
P.
Bruno
,
D. M.
Gruen
,
M.
Stutzmann
, and
J. A.
Garrido
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
092109
(
2010
).
29.
T.
Sasagawa
and
Z. X.
Shen
,
J. Appl. Phys.
104
,
073704
(
2008
).
30.
A.
Dato
,
V.
Radmilovic
,
Z.
Lee
,
J.
Philips
, and
M.
Frenklach
,
Nano. Lett.
8
,
2012
(
2008
).
31.
D. M.
Gruen
,
S.
Liu
,
A. R.
Krauss
,
J.
Luo
, and
X.
Pan
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
1502
(
1994
).
32.
E. J.
Correa
,
Y.
Wu
,
J.-G.
Wen
,
R.
Chandrasekharan
, and
M. A.
Shannon
,
J. Appl. Phys.
102
,
113706
(
2007
).
33.
P.
Kovarik
,
E. B. D.
Bourdon
, and
R. H.
Prince
,
Phys. Rev. B
48
,
12123
(
1993
).
34.
K.
Panda
,
H.-C.
Chen
,
B.
Sundaravel
,
B. K.
Panigrahi
, and
I-N.
Lin
,
J. Appl. Phys.
113
,
054311
(
2013
).
35.
K.
Panda
,
K. J.
Sankaran
,
B. K.
Panigrahi
,
N.-H.
Tai
, and
I-N.
Lin
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
8531
(
2014
).
You do not currently have access to this content.