Математическое моделирование полевой электронной эмиссии из систем металл-диэлектрик

• Автор: Никифоров, Константин Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

I. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОЛЕВОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ

ЭМИССИИ

1.1. Поверхность монокристалла металла.

1.1.1. Общие положения

1.1.2. Геометрия и плотность упаковки плоских поверхностей

1.1.3. Моделирование геометрии неплоских поверхностей

1.2. Работа выхода

1.2.1 Определение понятия.

1.2.2 Модель кристаллографической анизотропии работы выхода
1.3. Полевая электро п тая эмиссия.
1.3.1. Теория полевой электронной эмиссии
1.3.2. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов .
1.3.3. Аппроксимация формы эмиттера
1.3.4. Методы расчета потенциала и напряженности поля
1.4. Эмиссионные системы металлдиэлектрик
1.4.1. Формирование слоя диэлектрика.
Ф 1.4.2. Изменения работы выхода монокристаллической поверхности
1.5. Выводы.
И. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭМИССИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
2.1. Постановка задачи
2.2. Модель геометрии поверхности.
2.2.1. Алгоритм расчета структуры поверхности
2.2.2. Построение кристаллографических граней вершины эмиттера
2.3. Модель распределения работы выхода по поверхности
2.4 Расчет эмиссионного тока
2.4.1. Распределение электрического поля.
2.4.2. Плотность тока эмиссии и общий эмиссионный ток
2.5. Проверка адекватности модели на основе данных натурного эксперимента
2.5.1. Вольтамиериые характеристики
2.5.2. Эмиссионные изображения.
2.5.3. Площадь эмиссии.
2.6. Выводы.
Ш. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЕВОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ ИЗ СИСТЕМ МЕТАЛЛДИЭЛЕКРИК
3.1 Модель зависимости эмиссионных характеристик системы от толщины слоя диэлектрика
3.1.1. Модель в случае монокристаллической поверхности.
3.1.2. Усреднение параметров модели для поликристаллической поверхности эмиттера.
3.2. Данные натурного моделирования.
3.2.1. Выбор систем металлдиэлектрик для натурной проверки модели.
3.2.2. Особенности вольтамперных характеристик систем металлвода
3.3. Модель предпочтительной ориентации диполей диэлектрического слоя
3.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Предложенные методики позволяют также проводить расчет распределения плотности тока и рабочих характеристик практически важных приборов и устройств, для которых острийные эмиссионные системы являются основным элементом (сканирующие туннельные микроскопы, СВЧ-генераторы, плоские дисплеи и т. Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ [-]. Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VJIJ, IX и X международных конференциях Beam Dynamics and Optimization (Саратов, , гг. Санкт-Петербург, г. XXXIII и XXXV конференциях «Процессы управления и устойчивость» (Санкт-Петербург, , гг. Моделирования электромеханических и компьютерных систем факультета прикладной математики—процессов управления Санкт-Петербургского государственного университета и в исследовательской группе отдела химической физики института физической химии им. Я. Гейровского АН ЧР (Прага, Чешская Республика). Расположение атомов на поверхности металла задает структуру поверхности, определяющую значения работы выхода и другие важнейшие характеристики поверхности. Кристалл, по определению, характеризуется периодшюски расположенными одинаковыми узлами. С его структурой связывается набор точек, периодически расположенных в пространстве, при этом окружение каждой из точек оказывается одинаковым. Эта точечная решетка (пространственная решетка в трехмерном случае) является геометрической абстракцией, и реальный кристалл получается, если в каждую точку этой решетки поместить одинаковую группу атомов, которая называется базисом []. В рамках диссертационной работы рассматриваются кристаллы, имеющие в базисе только один атом (моноатомный кристалл). Под моделированием геометрии поверхности кристалла понимается построение множества координат атомов, составляющих поверхность, при этом необходимо учитывать форму поверхности, струкгуру решетки кристалла, ориентацию, искажение кристаллической решетки из-за дефектов (если они присутствуют), возможность изменения координат во времени и т. Как правило, в моделировании геометрии кристаллической поверхности можно выделить основную часть: моделирование геометрии поверхности идеального кристалла. Это является базой, на которой в каждом конкретном случае основывается расчет поверхностей с дефектами, искажениями или адсорбированными частицами []. В данном параграфе рассматривается поверхность идеального микроскопического монокристалла. Предполагается, что в поверхностном слое атомы располагаются точно так же, как л в объеме. Для атома решетки первыми соседями или соседями первого порядка называются ближайшие соседние атомы решетки, вторыми-вторые по удаленности атомы и т. Количество первых соседей называется первым координационным числом, количество вторых соседей - вторым координационным числом и т. В подходе “локального атомного окружения” [] или “порванных связей” [, , ] принято следующее определение поверхностного атома. Под поверхностным атомом понимается атом, имеющий меньше соседей (меньшие координационные числа), чем атом, находящийся в объеме кристалла. На практике порядок рассматриваемых соседей изменяется от 1 до 5 в зависимости от решаемой задачи. Для определения энергии связи между атомами поверхности принято рассматривать соседей до пятого порядка [], а для определения плотности упаковки поверхности рассматривают соседей только первого или первого и второго порядков [,]. Если кристаллическую решетку рассечь некоторой плоскостью (Ъ(с1) и удалить все атомы, центры которых окажутся по одну сторону от этой плоскости, то оставшуюся поверхность называют атомноплоской. Из определения атомноплоской поверхности следует, что если некоторая плоскость опирается на самые наружные атомы атомноплоской поверхности, то между этой плоскостью и остальной частью кристалла нельзя поместить ни один атом []. Расположения атомов на идеальных гранях монокристаллов подробно рассмотрены в работах [, ], где описывается метод построения моделей атомноплоских поверхностей из твердых шаров. Была опубликована [] исчерпывающая подборка фотографий моделей из шаров различных поверхностен. Классификация поверхностен по их структуре проведена в []. В таблице 1.