Особенности полевой эмиссии электронов из углеграфитовых материалов

• Автор: Лобанов, Вячеслав Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Свойства углеграфитовых материалов и автокатодов на

их основе

1Л Формирование зонной структуры углеграфитовых материалов

1.2. Электрофизические свойства углеграфитовьтх материалов

1.3. Внутреннее строение углеродного ПАН-волокна

1.4. Исследования углеграфитовых материалов методами полевой электронной и ионной микроскопии

Глава 2. Подготовка образцов и методика измерений

2.1. Изготовление углеграфитовых автокатодов

2.2. Способы крепления автокатодов
2.3. Аппаратно-программный комплекс для исследования энергетических спектров автоэлектронов
2.3.1. Состав комплекса
2.3.2. Электростатический дисперсионный энергоанализатор автоэлектронов
2.3.3. Методика измерения энергетических спектров автоэлектронов
Глава 3. Исследование эмиссионных свойств углеродного
ПАН-волокна
3.1. Нормальные и аномальные энергетические спектры автоэлектронов
из углеродного ПАН-волокна
3.1.1. Влияние процедуры "формовки" и низкотемпературного прогрева
на энергетические спектры автоэлектронов
3.1.2. Изменения энергетического спектра автоэлектронов предшествующие появлению аномалий
3.2. Исследование условий самопроизвольного появления аномалий
в энергетическом спектре автоэлектронов
3.2.1. Выбор кристаллита на эмиссионной поверхности
3.2.2. Влияние низкотемпературного прогрева
3.2.3. Обсуждение механизма неустойчивости
3.2.4. Анализ возможности прямого измерения ширины запрещенной зоны эмитирующего кристаллита
3.2.5. Модель полевой эмиссии электронов из углеродного ПАН-волокна
3.3. Экспериментальное подтверждение модели полевой эмиссии
3.3.1. Оценка температуры эмитирующего кристаллита
3.3.2. Проверка предположения о саморазогреве кристаллита
3.3.3. Проверка гипотезы о влиянии поверхностных электронных состояний
Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
Введение
Среди актуальных задач современной физики твердого тела важное место отводится поиску материалов для создания стабильных источников электронных потоков высокой плотности и высокой энергетической монохроматичности. К источникам такого рода относятся прежде всего автокатоды. Их преимущества хорошо известны: малая ширина энергетического распределения электронов, безынерционность, высокая плотность тока и крутизна вольтам-перной характеристики, широкий диапазон рабочих температур, отсутствие накала и тепловыделения, малая чувствительность к внешней радиации и др. Долгое время основным материалом для автокатодов оставался вольфрам и лишь в последнее время к нему добавились хром, ниобий, гафний и полупроводники - германий и кремний. Однако, даже в условиях непрерывного сверхвысокого вакуума ресурс работы их остается невысок.
Углеграфитовые материалы, обладающие высокой температурой плавления (-3800 °С), слабой адсорбцией остаточных газов в вакууме, хорошей электропроводностью и механической прочностью, с первых исследований в этом направлении были отнесены к перспективным. Если графит в соответствии с представлениями зонной теории твердого тела относят к полуметаллам со слабо перекрывающимися валентной зоной и зоной проводимости при концентрации носителей тока - ЗхЮ18 см'3 [1], хотя экспериментальные исследования и монокристаллитов графита показывают существование небольшой запрещенной зоны - около 7 мэВ, возрастающей с уменьшением температуры термообработки и ростом числа дефектов в кристаллической решетке до 50 мэВ и более [2], то углеграфитовые материалы - к двухфазным системам, состоящим из аморфного углерода и кристаллитов турбостратной структуры (отличной от графита), величина запрещенной зоны которых достигает 0,5 эВ и более.
Исследования углеграфитовых материалов с помощью полевого электронного микроскопа оказались затруднены тем, что не удается получить регулярных эмиссионных картин, отражающих их кристаллическую структуру подобно эмиссионным картинам даваемыми металлами и полупроводниками.

цепь катода включалось балластное сопротивление 510 кОм.
В работах [62,63,7,65,66,5] исследовались энергетические распределения автоэлектронов, стабильность автоэмиссионного тока и вольтамперные характеристики катодов на основе углеродного ПАН-волокна.
В [62,63] авторы исследовали стабильность автоэмиссионного тока в диапазоне величин 1+2500 нА и энергетическое распределение автоэлектронов ускоренных до энергий 30 кэВ при работе катода из ПАН-волокна в вакууме ~10’6 Topp. Максимальная величина полного тока достигала 20 мкА. Без стабилизации флуктуации зондового тока достигали 100 % от его величины, ток хорошо стабилизировался при включении сопротивлений 1+100 МОм в цепь высокого напряжения. Энергетическое распределение электронов в пучке с наименьшей шириной на полувысоте AE0,s=215 мэВ было получено при токе 1 нА, см. рис. 16.
-2000 -1000 0 .1000 -2000 -1000 0 .1000 Е (meV)
Рис. 16. Энергетическое распределение автоэлектронов из углеродного волокна ускоренных до 30 кэВ. Прерывистая кривая показывает теоретическое распределение с указанными параметрами [62].