Роль физико-химических свойств материала и конфигурации поверхности холодного катода в обеспечении его работоспособности в тлеющем разряде

• Автор: Дерюгина, Елена Олеговна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Глава 1. Физические процессы, происходящие при взаимодействии плазмы тлеющего разряда с поверхностью холодных катодов (литературный обзор)

1.1. Особенности гелий-неоновых лазеров

1.2. О процессах в тлеющем разряде и на поверхности катодов

1.3. Материалы и конструкции современных холодных катодов

1.4. Методы прогнозирования долговечности холодных катодов в тлеющем разряде

Выводы к главе

Глава 2. Изучение физико-химических свойств материалов для

холодных катодов

2.1. Эмиссионные свойства холодных катодов

2.2. Пороговая энергия распыления

2.3. Термодинамические свойства материалов для холодных катодов

Выводы к главе
Глава 3. Экспериментальное исследование влияния формы
холодного катода на его работоспособность
3.1. Особенности конфигурации экспериментальных образцов
3.2. Техника эксперимента при получении материалов металл-диэлектрик на поверхностях различного профиля
3.3. Исследование работоспособности холодных катодов с различной геометрией поверхности
Выводы к главе
Глава 4. Разработка способа оценки качества холодных катодов
4.1. Послеразрядная эмиссия материалов с оксидными пленками
4.2. О модели послеразрядной эмиссии холодных катодов
4.3. Особенности способа оценки качества холодных катодов

♦ Выводы к главе
Заключение
Общие выводы по работе
Список литературы
Приложение
В настоящее время в связи с бурным развитием техники всё больший интерес вызывают многокомпонентные материалы и слоистые структуры, так называемые сандвич-материалы. Применение таких материалов в промышленности потребовало решения проблемы их устойчивости к воздействию различного вида излучений, что является одной из задач физики конденсированного состояния.
На основе многокомпозиционных материалов в последнее десятилетие разрабатывают холодные катоды газоразрядных приборов, широко используемых в современной науке, технике и медицине. Важнейшими из газоразрядных приборов с холодным катодом являются гелий-неоновые (Не-Ые) лазеры, не превзойденные до сих пор по монохромности пучка излучения.
Такие их особенности, как холодный катод, малая потребляемая мощность, высокая долговечность (средняя наработка на ресурс), высокая когерентность излучения, позволяют этим приборам успешно конкурировать с доведенными в настоящее время до высокого совершенства полупроводниковыми лазерами, а по ряду свойств и превосходить их.
Наблюдаемые в Не-№ лазере тлеющего разряда с холодным катодом процессы катодного распыления и жестчения газа определяют его срок службы (долговечность). Поскольку требования по долговечности таких лазеров непрерывно возрастают, то поиску материалов для холодных катодов и совершенствованию технологии их изготовления посвящено достаточно много работ как отечественных, так и зарубежных исследователей. Однако данные этих исследований до настоящего времени не были обобщены и проанализированы во взаимосвязи, в том числе с основными свойствами используемых материалов.
Все возрастающие требования по миниатюризации и долговечности отечественных гелий-неоновых лазеров как обычной (ГН-1, ГН-3, ГН-5м, ГН-7м), так и моноблочной (ЗЛК-16, ЛГК-200) конструкций предопределяют не
Считают [82], что если толщина диэлектрической пленки на поверхности металла равна примерно 5 нм, то электроны из металла могут туннелировать сквозь диэлектрик и участвовать в эмиссии, а потенциальный барьер на внешней границе диэлектрика лишь искажается зарядами, наводимыми на поверхность металла. Если толщина диэлектрической плёнки составляет около 10 нм, отмеченные явления становятся несущественными, и металлическая подложка не влияет на ионно-электронную эмиссию при энергиях ионов, меньших 1000 эВ. В этом случае прямое туннелирование электронов сквозь диэлектрическую пленку невозможно. Но на поверхности диэлектрика, вследствие ионной бомбардировки, происходит накопление положительного заряда. В стационарном режиме его величина остаётся постоянной, когда через плёнку диэлектрика должен протекать полный ток, равный сумме первичного ионного тока и тока вторичных электронов.
При плотности тока 0' мА/см механизм его протекания через плёнку диэлектрика удовлетворительно объясняется, так называемым прыжковым переносом и удельная проводимость в этом случае составляет 10'17...10'13 Ом''см'1. Когда же У=10'6...10"5 мА/см2, на вольт-амперной характеристике замечают излом - происходит пробой диэлектрика. Напряженность поля при этом составляет 5-10 6 В/см.
Но плотность тока на холодном катоде в аномальном тлеющем разряде существенно превышает величину 10'5 мА/см2. Если обратить внимание на данные Кучеренко Е.Т. [17, 18], то там замечено, что при толщинах плотных оксидных плёнок М§0 и А120з более ЮОнм на поверхности катода в газовом разряде появляются быстро растущие островки разрушенного слоя оксида. Связано это, по всей вероятности, со значительным падением напряжения на плёнке, когда возможно лавинное размножение электронов, приводящее к высокой локальной плотности тока через диэлектрическую плёнку, что и приводит к её разрушению в этом месте.
Это дает основание признать корректным механизм проводимости оксидного покрытия, предложенный в работе [33] Маннановым А.Ф