Электронная эмиссия в примесных и радиационно-поврежденных кристаллах триглицинсульфата

• Автор: Плаксицкий, Андрей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Влияние дефектов на свойства сегнетоэлектриков

1.2. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

1.3. Электронная эмиссия сегнетоэлектрических материалов

ГЛАВА 2. ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛОВ

ТГС С РАЗНОЙ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

2.1. Методика измерений и описание экспериментальной

установки

2.2. Эмиссия электронов с поверхности кристаллов ТГС с разной доменной структурой

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ ОБЛУЧЕННЫХ КРИСТАЛЛОВ

3.1. Свойства кристаллов ТГС, выращенных из затравки облученной а-частицами
3.2. Электронная эмиссия кристаллов ТГС, облученных рентгеновскими лучами
3.3. Кинетика термостимулированной эмиссии электронов из облученных кристаллов ТГС
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Актуальность темы. Среди многообразия методов изучения электрических свойств различных материалов важное место занимает эмиссия электронов. Изучение закономерностей электронной эмиссии позволяет исследовать и давать объективную оценку процессам, протекающим на поверхности исследуемых материалов. Высокая чувствительность данного метода открывает широкие практические возможности неразрушающего контроля поверхности различных материалов и возможность использования их в качестве холодных катодов, а так же позволяет решать фундаментальные задачи физики низкоразмерных систем.
В . последние годы одними из наиболее перспективных материалов в эмиссионной электронике стали сегнетоэлектрики. Высокие значения эмиссионного тока, кинетическая энергия эмитируемых электронов доказывают их конкурентоспособность с общепринятыми импульсными источниками электронов и хорошие перспективы использования в различных устройствах микроэлектроники.
К моменту выполнения настоящей работы целый ряд вопросов в изучении эмиссии электронов из сегнетоэлектриков оставался нерешенным. Несмотря на наличие, достаточно большого числа гипотез, предложенных для объяснения эмиссионных процессов в указанных материалах, оставалось еще немало вопросов, которые нуждались в проведении дополнительных исследований, например влияния доменной структуры.
Доменная структура во многом определяется наличием дефектов, всегда имеющихся в номинально чистом кристалле, вводимыми в кристалл в процессе роста, а так же возникающими вследствие радиационных воздействий.
Повлиять на дефектную, а, значит, и доменную структуру можно путем термического отжига, при котором, как известно, происходит измельчение доменной структуры.
В связи с этим представляется важным и перспективным исследование влияния доменной структуры на эмиссионные свойства сегнетоэлектрических материалов.
В качестве объекта исследований в настоящей работе использовались кристаллы триглицинсульфата (ТГС) номинально чистого, легированного примесями ионов хрома, европия, кристаллов ТГС, облученных рентгеновскими лучами, а также кристаллы ТГС, выращенные из затравки, облученной альфа-частицами. Все исследуемые кристаллы были выращены методом понижения температуры насыщения раствора в сегнетоэлектрической фазе. Выбор в качестве основного материала исследований кристалла ТГС обусловлен хорошей изученностью свойств данного сегнетоэлектрика, облегчающей проведение и интерпретацию данных экспериментальных исследований.
Цель и задачи исследования Целью настоящей работы является исследование закономерностей и особенностей эмиссии электронов из кристаллов ТГС с дефектами различной природы.
Исходя из поставленной цели, основными задачами исследования являются:
1. Изучение влияния доменной структуры на эмииссию электронов из кристаллов ТГС, как номинально чистых, так и примесных.
2. Изучение закономерностей формирования униполярности в кристалле ТГС, выращенном из затравки, облученной а-частицами.
3. Экспериментальное исследование связи эмиссионных свойств и диэлектрической нелинейности кристаллов ТГС, облученных рентгеновскими лучами.
4. Исследование кинетики электронной эмиссии, облученных кристаллов ТГС.
Научная новизна Все основные результаты работы являются новыми.
В работе впервые:
- исследовано влияние доменной структуры на эмиссию электронов.

Теоретические расчеты локальных электрических полей концентрантов, созданных поверхностными электрическими зарядами вблизи доменных границ приводят с следующему выражению [90]:
Е- внешнее электрическое поле, £с, ва - величины диэлектрической проницаемости в направлениях вдоль и перпендикулярно полярной оси соответственно, й - ширина домена, А - толщина несегнетоэлектрического слоя. Видно, что Ех » Е и его оказывается достаточным для возбуждения эмиссии. Знание полей, активных в эмиссии, позволяет вычислить плотность эмиссионного тока по следующей формуле:
где п - поверхностная плотность занятых электронных центров, со(Ех) -вероятность их возбуждения в поле Ех. Использование стандартных выражений для механизмов холодной эмиссии [105] или Пул -Френкелевского механизма [106], замена со(Ех) позволяет получать разумные значения для ], близкие к экспериментальным данным, особенно, при наблюдении эмиссии при переключении кристаллов триглицинсульфата.
В частности, для кристалла триглицинсульфата ес ~ 103, £а ~ 10, ё ~ 105 м, толщина несегнетоэлектрического слоя А ~ КГ9 м, величина поля Ех=100-Е.
Критическая величина приложенного поля, необходимая для эмиссии электронов из кристаллов, составляет ~ 400 кВ/м. Корреляция полей даёт Е ~107-108 В/м - величина достаточная для ЭЭЭ, происходящей при любых полевых механизмах эмиссии.
В [31] на основании проведенных расчетов распределения потенциала на поверхности сегнетоэлектрика в плоскости решетчатого электрода получена оценка возможных начальных энергий электронов, покидающих поверхность сегнетоэлектрика в процессе экзоэлектронной эмиссии под воздействием импульсного электрического поля. На основе этих расчетов для титаната
] = епсо(Ех),
(В),