Автоэмиссионная Шахматрая Структура На Основе Алмазографитовых Кластеров

Abstract

Предложены и рассчитаны вакуумная автоэмиссионная триодная структура с напыленными в шахматном порядке на проводящую подложку (катод) высокоомными полупроводниковыми или диэлектрическими прямоугольными параллелепипедами микронных размеров, а также структура с наноразмерной пленкой на катоде из напыленных алмазографитовых кластеров. Теоретически и экспериментально показано, что рассмотренные структуры обладают существенно большими эмиссионными способностями по сравнению с непокрытым катодом. DOI: 10.21883/JTF.2018.02.45422.2375 Введение В последнее время большое значение уделяется изу-чению эмиссионных свойств различных углеродных структур, особенно в связи с необходимостью создания сильноточных автоэмиссионных источников электрон-ных пучков для ЛБВ, плоских панелей и для других приложений [1][2][3][4][5][6]. Известные автоэмиссионные струк-туры острийного и лезвийного типов не удовлетворя-ют ряду требований [1-2]. В острийных автокатодах эмиссия идет в основном с острий, разогрев которых приводит к взрывной эмиссии и не позволяет получать большие интегральные значения тока и долговечные ка-тоды. Матричные автокатоды создают большой разброс электронов по углам и не позволяют получать широкие и тонкие ленточные пучки. Лезвийные автокатоды не позволяют получать большие токи.В настоящей работе предложено использовать ре-льефные углеродные структуры из алмазных и гра-фитовых микроструктур из нанокластеров на длинном плоском катоде с большой площадью (рис. 1). Шахмат-ные микроструктуры, состоящие из алмазографитовых нанокластеров (рис. 2, a), мы получали микроволновым плазмохимическим осаждением из паров этанола [7,8]. Алмазная фаза соответствует высокоомному полупро-водниковому состоянию, тогда как графитовая фаза имеет проводимость, близкую к металлической. Такие плоские структуры демонстрируют увеличение эмиссии на 2−3 порядка [9,10] по сравнению с традиционной теорией Фаулера−Нордгейма, хорошо работающей для металлов. Экспериментально исследованы разные авто-эмиссионные структуры с квазиплоской поверхностью, состоящей из различных структур углерода: фулеренов, нанотрубок, графеновых чешуек и лент, стеклоуглерода, алмазных и графитовых кластеров [1,2,5-10]. Повы-шенная полевая эмиссия наблюдается для всех алло-тропных модификациях углерода, что делает их весьма перспективными для создания сильноточных источников электронных пучков. В работах [9,10] показано, что повышенная эмиссия не связана с усилением поля за счет острийного эффекта, что позволяет получать токоотбор практически со всей поверхности эмиттера без существенного разогрева каких-либо ее элементов и без образования взрывной эмиссии. Это также поз-воляет увеличить интегральный ток и долговечность автокатодов при меньших напряжениях. Оценки по формуле Фаулера−Нордгейма для таких структур да-ют физически неоправданные значения работы выхода (РВ) порядка 0.01−0.1 eV, что явно не соответствует квантовомеханическим расчетам и экспериментам для углерода в виде графита (4.6−5 eV) и других его структур типа фулеренов, нанотрубок, графена, РВ ко-торых имеет такой...

Импульсные И Статические Автоэмиссионные Вах-Углеродных Нанокластерных Структур: Эксперимент И Его Интерпретация

“…В случае пространственно развитых поверхностей имеет место туннелирование по различным каналам (траекториям), вдоль которых распределение потенциала различное. Для получения интегрального тока в приближении одномерного туннелирования следует вычислять прозрачности различных таких барьеров и усреднять по траекториям, выходящим из различных эмитирующих точек поверхности [29].…”

“…Строгий подход требует совместного решения уравнения Пуассона с учетом пространственного заряда и уравнения Шредингера. Модель с хаотическим расположением кластеров достаточно сложна для реализации, но модель с периодическим расположением может быть построена (см., например, [29]). Если оценить среднее поле в пленке величиной 10 8 V/m (существенно ниже обычного порога эмиссии), то при прохождении пленки толщины 10 nm электрон у барьера пленка-вакуум приобретет энергию 1 eV.…”

“…Повышенные автоэмиссионные свойства различных углеродных структур в последнее время привлекают внимание исследователей в связи с необходимостью создания сильноточных автоэмиссионных источников электронных пучков [1][2][3][4][5], и этим вопросам посвящено значительное число публикаций, например, . Имеются работы как по исследованию автоэмиссионных структур (АС) острийного и лезвийного типов [7,[16][17][18][19][20][23][24][25], в том числе с катодными матрицами типа Спиндта с тянущими сетками [3,5,24], использующие эффект усиления поля на остриях и лезвиях, так и работы по исследованию эмиссии с пространственно развитых поверхностей [1,2,[8][9][10][11][12]15,[20][21][22][26][27][28][29][30][33][34][35][36], публикации по технологии и синтезу эмиссионных структур [6][7][8][9][10][11][12][13]21,…”

“…Для второго направления используют углеродные нанокластеры различной гибридизации, которые могут быть расположены на графите, металле, кремнии, карбиде кремния и других материалах. Интересны наноалмазные, нанографитовые и алмазографитовые пленки (АГП) [1,2,6,[8][9][10]15,[20][21][22][26][27][28][29][30][31][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47]. Пленки из наноалмазных кластеров являются почти диэлектрическими.…”

“…Наноалмазные кластеры способствуют проникновению поля в пространственно развитую поверхность, что также способствует эмиссии [45]. Этому же способствуют рельефные структуры, полученные травлением [29]. Однако коэффициент усиления поля в них недостаточен для объяснения АЭ с помощью теории Фаулера-Нордгейма [46].…”