Математическое моделирование полевых эмиссионных систем типа металл-металл, металл-полупроводник

• Автор: Антонов, Степан Романович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 116 с. : 6 ил.

ВВЕДЕНИЕ

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЛЕВЫХ ЭМИТТЕРОВ

1.1 Различные типы эмиттеров и их характеристики

1.2 Теория полевой электронной эмиссии из металлов

1.3 КО ТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ МЕТАЛЛПОЛУПРОВОДНИК

1.4 Выводы

1.5 Постановка задачи.

И. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЕВОЙ ЭМИССИОННОЙ СИСТЕМЫ ТИПА МЕТАЛЛМЕТАЛЛ

2.1.Введени е.

2.2. МОДЕЛИРОВАНИИ ПОЛЕВОЙ ЭМИССИОННОЙ СИСТЕМЫ ТИПА МЕТАЛЛМЕТАЛЛ, В СЛУЧАЕ АДСОРБЦИИ ГОНКИХ СЛОЕВ МЕТАЛЛА

2.2.1 Физическая модель системы Ж Су , в случае тонкого слоя ЦЕЗИЯ

2.2.2 Математическая модель системы Ж С, в случае тонкого слоя цезия.
2.2.3 Результаты численного моделирования и их анализ.
2.2.4 Выводы
2.3. Моделирование полевой эмиссионной системы типа металлметалл, в случае адсорбции сверхтонких слоев металла
2.3.1 Физическая модель системы IV Су , в случае сверхтонкого слоя цезия
2.3.2 Математическая модель системы IV С, в случае сверхтонкого слоя цезия
2.3.3 Результаты численного моделирования и их анализ
2.3.4 Вывода.
III. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЕВОЙ ЭМИССИОННОЙ СИСТЕМЫ ТИПА МЕТАЛЛ ПОЛУПРОВОДНИК
3.1 Введение.
3.2 Физическая модель полевой эмиссионной системы У Сг36.
3.3 Математическая модель полевой эмиссионной системы
IVСяЬ.
3.4 Результаты численного моделирования и их анализ
3.5 Выводы.
IV. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНОГО И ЧИСЛЕННОГО МОДЕ ЛИРОВ АТИЯ
4.1 Введение.
4.2 Натурное моделирование.
4.3 Расчет реальных параметров полевой эмиссионной системы.
4.4 Сравнение результатов численного и натурного моделирования.
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Он становится важным элементом проектирования, позволяя предварительно проанализировать возможности новых приборов и выбрать оптимальный вариант. Можно считать установленным, что эмиссионные системы на основе полевой электронной эмиссии (ПЭЭ) по всем важнейшим характеристикам и параметрам превосходят широко применяемые на практике системы на основе термоэлектронной эмиссии. Они являются основными элементами генераторных устройств (лазертронов) и уникальных по своим характеристикам плоских экранов для компьютеров нового поколения. К настоящему времени достаточно полно теоретически и практически исследованы полевые электронные эмиттеры (катоды) на основе тугоплавких металлов, прежде всего, вольфрама. Однако, полевые эмиссионные системы на основе вольфрамовых острий, обладая целым рядом достоинств, имеют и существенные недостатки, задерживающие широкое внедрение полевых эмиссионных систем в практику. К недостаткам металлических полевых катодов следует отнести, во-первых, сильную зависимость ПЭЭ от состояния поверхности катода. Нордгейма аргумента у =, т. Вследствие этого, они могут стабильно и эффективно работать только в условиях сверхвысокого вакуума при давлении < К)" мм. СМ. К недостаткам металлических ПЭК относятся также и малые величины интегральных токов. Катоды, работающие в режиме отбора даже микроамперных токов недостаточно надежны, что связано с различными конкурирующими процессами как в объеме ПЭК, так на их поверхности. Еще один недостаток — необходимость использования для функционирования ПЭК сравнительно больших напряжений (порядка нескольких киловольт) для создания у поверхности напряженностей полей >9 В/м. Тем не менее, сравнительный анализ различных источников электронов показывает, что совокупные характеристики ПЭК превосходят соответствующие характеристики как термокатодов, так и эмиттеров других типов. Внедрение в практику ПЭК значительно улучшило бы характеристики всех электровакуумных приборов, но только в том случае, если бы удалось устранить все перечисленные недостатки этих катодов или хотя бы уменьшить их влияние. Исходя из сказанного, проблема поиска новых материалов и их сочетаний, которые могли бы заменить используемые для изготовления ПЭК тугоплавкие металлы (XV, Мо и другие), является, несомненно, актуальной. В настоящей диссертационной работе исследуются две полевые эмиссионные системы. Первой системой является система типа металл-металл, в которой первым металлом выбран вольфрам, вторым металлом -цезий. Основной структурой второй системы является р-типа полупроводниковый слой, осажденный на металлическую поверхность. Металлическая поверхность — это вольфрам, а полупроводник - хорошо известное как традиционный высокоэффективный фотокатод -сурьмяноцезиевое соединение. Цель работы. Целью диссертационной работы является создание математических моделей многослойных полевых эмиттеров, имеющих малую работу выхода, определение их основных эмиссионных характеристик. Проверить адекватность разработанных моделей с использованием методов натурного моделирования. Методы исследования: Основными методами исследования являются методы математического и натурного моделирования, численного эксперимента. Алгоритмы программ, реализующих представленные модели и предназначенных для решения прикладных задач моделирования полевых эмиссионных систем. Научная новизна работы. Все результаты, изложенные в оригинальной части диссертационной работы, получены впервые и являются новыми. Практическая значимость. Полученные в процессе выполнения диссертационной работы результаты математического моделирования позволяют сформулировать рекомендации по практической реализации ПЭК на основе эмиссионных структур металл-металл, металл-полупроводник, большинство характеристик которых превосходят классические ПЭК на основе тугоплавких металлов. Полевые эмиттеры, созданные на основе разработанных систем, могут улучшить технические характеристики таких приборов как сканирующий туннельный микроскоп, баллистический туннельный микроскоп, СВЧ-генератор, плоские дисплеи.