A protrusive model of the Child-Langmuir (CL) law is proposed for non-uniform electron field emission from a sharp tip of either Lorentzian or hyperboloid shape. The model is expressed as Jc = μ×J1D at large electric field higher than a critical value Ec, and J1D is the classical one-dimensional CL law. It is found that the enhancement μ over the 1D CL law depends only on the calculated field enhancement factor (β) of the emitter and is independent of the work function and gap spacing. In particular, μ increases with β and it converges to a constant at β 1 for a very sharp tip with small emission area.

1.
C. D.
Child
,
Phys. Rev. (Series I)
32
,
492
(
1911
).
2.
3.
J. W.
Luginsland
,
Y. Y.
Lau
, and
R. M.
Gilgenbach
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
4668
(
1996
).
5.
J. W.
Luginsland
,
Y. Y.
Lau
,
R. J.
Umstattd
, and
J. J.
Watrous
,
Phys. Plasmas
9
,
2371
(
2002
).
6.
W. S.
Koh
,
L. K.
Ang
, and
T. J. T.
Kwan
,
Phys. Plasmas
12
,
053107
(
2005
).
7.
R. J.
Umstattd
and
J. W.
Luginsland
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
145002
(
2001
).
8.
A.
Rokhlenko
and
J. L.
Lebowitz
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
085002
(
2003
).
9.
Y. Y.
Lau
,
D.
Chernin
,
D. G.
Colombant
, and
P. T.
Ho
,
Phys. Rev. Lett.
66
,
1446
(
1991
).
10.
L. K.
Ang
,
T. J. T.
Kwan
, and
Y. Y.
Lau
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
208303
(
2003
).
11.
L. K.
Ang
,
W. S.
Koh
,
Y. Y.
Lau
, and
T. J. T.
Kwan
,
Phys. Plasmas
13
,
056701
(
2006
).
12.
S.
Bhattacharjee
,
A.
Vartak
, and
V.
Mukherjee
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
191503
(
2008
).
13.
S.
Bhattacharjee
and
T.
Chowdhury
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
061501
(
2009
).
14.
A.
Valfells
,
D. W.
Feldman
,
M.
Virgo
,
P. G.
O’Shea
, and
Y. Y.
Lau
,
Phys. Plasmas
9
,
2377
(
2002
).
15.
L. K.
Ang
and
P.
Zhang
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
164802
(
2007
).
16.
A.
Pedersen
,
A.
Manolescu
, and
A.
Valfells
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
175002
(
2010
).
17.
Y. B.
Zhu
and
L. K.
Ang
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
051502
(
2011
).
18.
J. M.
Bonard
,
K. A.
Dean
,
B. F.
Coll
, and
C.
Klinke
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
197602
(
2002
).
19.
E.
Minoux
,
O.
Groening
,
K. B. K.
Teo
,
S. H.
Dalal
,
L.
Gangloff
,
J.-P.
Schnell
,
L.
Hudanski
,
I. Y. Y.
Bu
,
P.
Vincent
,
P.
Legagneux
,
G. A. J.
Amaratunga
, and
W. I.
Milne
,
Nano Lett.
5
,
2135
(
2005
).
20.
S. P.
Purcell
,
P.
Vincent
,
C.
Jounet
, and
V. T.
Binh
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
105502
(
2002
).
21.
S.
Sun
,
L. K.
Ang
,
D.
Shiffler
, and
J. W.
Luginsland
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
013112
(
2011
).
22.
P.
Hommelhoff
,
C.
Kealhofer
, and
M. A.
Kasevich
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
247402
(
2006
).
23.
C.
Ropers
,
D. R.
Solli
,
C. P.
Schulz
,
C.
Lienau
, and
T.
Elsaesser
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
043907
(
2007
).
24.
B.
Barwick
,
C.
Corder
,
J.
Strohaber
,
N.
Chandler-Smith
,
C.
Uiterwaal
, and
H.
Batelaan
,
New J. Phys.
9
,
142
(
2007
).
25.
L.
Wu
and
L. K.
Ang
,
Phys. Rev. B
78
,
224112
(
2008
).
26.
H.
Yanagisawa
,
C.
Hafner
,
P.
Dano
,
M.
Klockner
,
D.
Leuenberger
,
T.
Greber
,
M.
Hengsberger
, and
J.
Osterwalder
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
257603
(
2009
).
27.
R.
Bormann
,
M.
Gulde
,
A.
Weismann
,
S. V.
Yalunin
, and
C.
Ropers
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
147601
(
2007
).
28.
H.
Yanagisawa
,
M.
Hengsberger
,
D.
Leuenberger
,
M.
Klockner
,
C.
Hafner
,
T.
Greber
, and
J.
Osterwalder
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
087601
(
2011
).
29.
R. H.
Fowler
and
L.
Nordheim
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
119
,
173
(
1928
).
30.
W. A.
Anderson
,
J. Vac. Sci. Technol. B
11
,
383
(
1993
).
31.
Y. Y.
Lau
,
Y.
Liu
, and
R. K.
Parker
,
Phys. Plasmas
1
,
2082
(
1994
).
32.
A.
Rokhlenko
,
K. L.
Jensen
, and
J. L.
Lebowitz
,
J. Appl. Phys.
107
,
014904
(
2010
).
33.
K. L.
Jensen
,
J. Appl. Phys.
107
,
014905
(
2010
).
34.
K. L.
Jensen
,
J. Vac. Sci. Technol. B
29
,
02B101
(
2011
).
35.
Y. F.
Liu
and
Y. Y.
Lau
,
J. Vac. Sci. Technol. B
14
,
2126
(
1996
).
36.
J. D.
Zuber
,
K. L.
Jensen
, and
T. E.
Sullivan
,
J. Appl. Phys.
91
,
9379
(
2002
).
37.
S. K.
Srivastava
,
V. D.
Vankar
, and
V.
Kumar
,
Nanoscale. Res. Lett.
3
,
25
(
2008
).
38.
R.
Miller
,
Y. Y.
Lau
, and
J. H.
Booske
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
074105
(
2007
).
39.
J. H.
Booske
,
Phys. Plasmas
15
,
055502
(
2008
).
40.
K. L.
Jensen
,
Phys. Plasmas
6
,
2241
(
1999
).
You do not currently have access to this content.