Автоэлектронная эмиссия. Принципы и приборы

Н.В. ЕГОРОВ, Е.П. ШЕШИН

АВТОЭЛЕКТРОННАЯ  
ЭМИССИЯ
ПРИНЦИПЫ И ПРИБОРЫ

Н.В. Егоров, Е.П. Шешин
Автоэлектронная эмиссия. Принципы и приборы: Учебнникмонография / Н.В. Егоров, Е.П. Шешин– Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011. – 704 с.
ISBN 9785915590273

Учебникмонография по актуальному направлению на стыке «классической» вакуумной электроники и нанотехнологий. Наряду с теоретическими
моделями особенно подробно даны сведения об экспериментальной технике
для исследований, технологиях изготовления эмиттеров и различных конструкциях автокатодов. Подробно изложены результаты исследований и применения новых наноматериалов и углеродных нанотрубок для создания автокатодов и электронных пушек на их основе. Рассмотрены применения автокатодов в новых источниках света и плоских дисплеях, СВЧ приборах и
рентгеновских трубках.
Для студентов старших курсов и преподавателей, инженеровразработчиков в различных областях прикладной физики и электроники.

                                © 2011, Н.В. Егоров, Е.П. Шешин
                          © 2011, ООО Издательский Дом
                                 «Интеллект», оригиналмакет,
    оформление

ISBN 9785915590273

 Энергия

Расстояние от поверхности х

Суммарный
потенциал
Потенциал сил
изображения –
/4
е
х
2

Внешний потенциал
–еЕх

Евак = 0

Ф

Ф

х0

Ф/Е
EF

Металл

Евак

Ф

eVs

Ec
EF
ED

EV

!" 
а
б
в

010

121
111

112

011

111
112

112

011
112

012

102

011

112

012

102

101

0 1
0

0 1
0

310

310

3 1
0

3 1
0

112

211

1 1
2

031

1 0
1

211

1 1
2

1 0
3

031

112

111

111

100

0 0
1

  #$% $

!"#$"%&'#


&'()*+,-./01)&234,)*&''567.,*&(,&8&1

84-.039'54,&'()*+,-..

$:%$#$Расплав
Проволока

Продольное сечение
холодного цилиндра

Холодный
цилиндр
Твердая
проволока
1

3

2

УФизлучение

а

б

в

г

д
Заготовки

УФизлучение

Заготовки

Маска

Фотомаска

Образец
Фоторезист

а

б

в

г

д

е











;:$
–12

–13

–14

–15

–161
1,5
2
2,5
3
104/U

lg /
I U 2

60

40

20

5
10
15
20
25
t, мин

I, мкА

 !!"


 #$"""




!

"#


#$%$#$%$$
0,0

2,0 10
–4

4,0 10
–4

6,0 10
–4

8,0 10
–4

1,0 10
–3
D

5,0
5,2
5,4
5,6
5,8
6,0 Е, эВ

= 1010

= 1013

= 1016

= 1019

= 1022

= 10
(
25 = 4,86 1024)

= 1028

Моделирование

 $!#&1 мкм

!"

#
!! (        )

M
M
M
M
M

%250000

200000

150000

100000

50000

0

001
011
111
012
112
122
013
113
023
123
223
114
133
124
233
134
334
016
116

4,72

5,77
4,78

4,41

4,70

4,68

4,44

4,62

4,55

4,88

4,45
4,48
4,54

4,35

4,29

4,42

4,42

4,74

4,43

Грань

Количество точек

"#'($а
б
в

О




310
310

310

310

100

310

310

100

310

310

100

310

310

100

а

б

в

г


 1

2
3
4 7
8
5
6
0,5

1

1,5

2

2,5

3

0
–0,5
–1
–1,5
–2
–2,5

IEC, мкА/мм

С
Е

G

 а

15 мкм

б
в

г
д
е

ж
з
и

к
л


!

1
2

2

3

4

5

6

а

б

в

г

д

е

3

2

1

4

5
6
7

3

8

9

11

10

12

13

14


"Область
расширения поля

Полимер

Одностенные
углеродные нанотрубки

Граница с вакуумом

A

~
Si

SiO2

Анод
Эмитирующее
пятно

Управляющий
электрод из Cr

Прокладка

ITOкатод

а

б

1 мм

100 мкм

#$%&'(%$#)%*(%$+),-./$-(#0),-1#$#')&

/$-(#0),-)&)#1#$#')&

Si

Катализатор
Юстировочные
метки

SiО2

Фотоны

Фоторезист

Светозащитное
покрытие

Эк понированный
резист
c

Cr

VACNF

a

б

в

г

д
к

и

з

ж

е

2#3-))#2*%2*(.'*.(,%&1*#45%22%%

6,708

А

В

c

a
b

I

I

II

А

1,416

T

A

AAa

b

( , 0)
n
«зигзаг»

с
a
b
h =
+
n
m
с
a
b

( , )
n
«кресло»
n

-'#*#(,-26#2#3,1,(&7%1&)%8
./$-(#0),9)&)#*(.3#'

а
б

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Катализатор

SOG

Si

Si
Si

CNT
Электрод

a

б

в

г

д

е

ж

з

200

400

600

800

1000

01
2
3
4
5
6
7

I, мкА

V d
/ , В/мкм

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

00
2
4
6
8
10

1,2

Время, ч

Стабилизированный ток

C:H

taC
taC:H

sp2

sp3

НСполимер

Разряженный C

Алмазоподобный
осажденный С

Н

Не пленка

Наночастицы

Вход

SiО2

Si

!"#$
%10 мкм

:;
100 мкм

Катод

Анод

Катод

Анод

Х

Y

r

L
s

h


Эмиссионные центры

Область перекрытия

Кольца

;<$-'*(#=#(->

 +
–

Стеклянный
сосуд

Платиновый
анод

Подложка —
стеклянная
пластина с
алюминиевой
пленкой
Спейсер

+
+ +

+

+

+
+
+

+

+

–
–
––
–

––

–
–

Электролит,
содержащий
изопропил,
зарядчик и
углеродный
порошок

Частицы
порошка
и ионы
зарядчика

 -*#0*(&=&(-*)#?6-@&*%


#)2*(.'A%#)),-5-*&$$,

<:#(5#1'&&1*#'&*#0#1

(-01&(%*-$+)&8#3(&3#*'&

 а
б

в
г

#'(,*%8%$-/%(#1&)%
"!;B"6#2#3,%>5-(-)%8
1#$+*B&56-(),99&(&'*-(%2*%'
%%9#2#3-))#2*%

100 мкм

–6

–4

0,8

1/U, 1/кВ

–2

0

2

4

0,6
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0

ln( /
)
I U 2 , мкА/кВ

–3

–2

0,8

1/U, 1/кВ

–2

0

2

4

0,6
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0

ln( /
)
I U 2 , мкА/кВ

2

2

= 1 мкА
I

= 0,5 мкА
I

= 0,1 мкА
I

а

б

4

3

2

1

0

–1

0,4
–2
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6

ln( /
)
I U 2 , мкА/кВ

1/U, 1/кВ

0,5

0,6
0
0,8

ln( /
)
I U 2 , мкА/кВ

1/U, 1/кВ

1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

а

б

"-*#0%'&6(#1-0-)%80#$/#1(-5-)),9
&1*#45%22%#)),9%26,*&)%?
%&)&$%>&4'26-(%5-)*&$+),90&)),9

150

100

50

0

Ток, мкА

1

0

Напряжение, В

2

3

0
100
200
300
400
500
600
Время, ч

а

10

12

14

16

0
100
200
300
400
500
600
Время, ч
б

I

II

Коэффициент А

–30

–25

–20

–15

0
100
200
300
400
500
600
Время, ч
в

I

II

Коэффициент В

0
100
200
300
400
500
600
Время, ч

1,5

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Напряжение, кВ

I

II

"A-)'&(&1)#5-()#2*%45%22%%
26#1-(9)#2*%&1*#'&*#0&

Коэффициент равномерности 42%

Коэффициент равномерности 96%

а

б

"&>(&3#*&)),?&$/#(%*523#(&
%6(-01&(%*-$+)#?#3(&3#*'%
4'26-(%5-)*&$+),90&)),9

!"#$%&'&"()#*(+,#-#*(
./01.01.2301.4501.406



 


27





48898
/8898 100

80

60

40

20
0

U, B

100

80

60

40

20
0

r, см

z, см

0,010
0,008
0,006
0,004
0,002
0

0,080
0,085
0,090
0,095
0,100
0,105

а

0,012

0,010

0,008

0,006

0,004

0,002

r, см

0
0,110
z, см
0,105
0,100
0,095
0,090
0,085
0,080

9,7818
19,5340 24,4179

29,9015
34,1851

39,0687
43,9523

48,8359

53,7195

58,6031

63,4867

68,3703

73,2538

78,1374

83,0210

87,9046

б

 U, B
35

30

25

20

15

10
5
0

12 10 8 6 4 2
0 0,099990
0,099995
0,100000
0,100005
0,100010
0,100015
z, см

35

30

25

20

15

10
50

10

8

6

4

2

0

0,099990 0,099995 0,100000 0,100010 0,100015
z, см

0

3,4986

6,9972

10 4957
,

13 9943
,

17 4929
,

20 9915
,

24 4900
,

27 9886
,

а

б





:0

0
0

2

3

1

z, см

–1
–0,5

0,5
1 –1
–0,5

0,5 1

х, мм

у, мм

0

2

3

1

z, см

–2
–1
0
1
2
х, см

–20

0

U, кэВ

–1

–0,5

0,5
1

–15

–10

–5

0

0
1
2

3

 0

0

0

2

3

1

z, см

1,5

0,5
1
1
1,5

0,5

х, мм

у, мм

.

0
10
0
0

11

.

0

10
0

0

10

.

10

0
0
0
13


 0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

10
102
103
N

j = 1,31
, А/м
10
6
2

–10

–5

0

5

10
у, мм

–10
–5
0
5
10
х, мм

5,0

2,75

2,0

1,25

0,0


!"#$%#$$ &'%'%

+

++

1
2
3
е–

е–

б

 100 мкм

е–
е–
е–
е–

е–
е–

Анод

Модулятор

а
б

1

2

3

4

5

6

7

8

($##$$ &'%$"#1
2
3
4

5

1
2

3
4
5

6

а
б

Стеклянный
корпус
Люминофор

Фольга ТРГ
Кратеры

а
б

 )*"##$$ &'%$"#е–

е–
1

2
3
2

1

а

б

в
г

5

4

6
7

1

2

3

б

+,"##$$ &'%$"#-$%$ !.$#$$ &'%/$"#$1
2
3

4

4
7
5

4
6

5

5


Красный Зеленый Синий

 012342

0%5#%
$%'$#$'Ua

Uк

а
б

1
2

3
4

5
6
7
8
9

2
1
3

6

5
4