Поверхностные процессы в современных термоэмиссионных катодах

• Автор: Маркин, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Содержание

Состояние вопроса обзор литературы

Физические свойства термоэмиссионных дисперсных катодов.

1.1.1. История создания современных термоэмиссионных

катодов.

1.1.2. Основные принципы работы термоэмиссионных дисперсных катодов.

Исследование механизмов работы термоэмиссионных катодов

1.2.1. Эмиссия

1.2.2. Ионная бомбардировка.

1.2.3. Катодное отравление

Применение термоэмиссионных катодов в современной СВЧ

технике.
Задачи работы.
Методики экспериментального исследования
Выращивание монокристаллов высокочистых тугоплавких металлов методом электроннолучевой зонной плавки.
2.1.1. Основные методы выращивания кристаллов.
2.1.2. Электроннолучевая зонная плавка.
2.1.3. Установка для выращивания монокристаллов тугоплавких
кристаллов.
Структурный и элементный анализ монокристаллов
2.2.1. Определение ориентировки монокристалла по Лауэ.
2.2.2. Анализ структуры поверхности методами оптической и
электронной микроскопии
2.2.3. Рентгеновская топография поверхности.
2.2.4. Метод кривых качания.
2.2.5. Метод дифракции медленных электронов.
2.3. Анализ объемного содержания примесей и химического состава
поверхности.
2.3.1. Нейтронноактивационный анализ для определения
концентрации кислорода.
2.3.2. Комплексное определение концентрации углерода
2.3.3. Методы массспектрометрии и атомной эмиссии
2.3.4. Метод Ожеэлектронной спектроскопии
2.4. Метод рассеяния медленных ионов
2.5. Выводы по главе
Глава 3 Исследование свойств эталонных кристаллов
3.1. Выращивание монокристаллов и бикристаплов
3.2. Металлографические исследования поверхности
3.3. Исследование монокристаллов Мо и с помощью РМИ
3.4. Исследование бикристаллов Мо и У с помощью РМИ
3.5. Выводы по главе
Глава 4 Специфика анализа поверхности гермоэмиссионных катодов
4.1. Количественное определение состава поверхности с малой работой
выхода методом РМИ на примере ВаУ0
4.2. Анализ поверхности термоэмиссионных дисперсных катодов.
4.2.1. Эксперименты на бариевых катодах методом РМИ
4.2.2. Верхний атомный слой
4.2.3. Особенности РМИ при малых работах выхода
4.2.4. Толщина покрытия и работа выхода поверхности
4.2.5. Роль поверхностного кислорода
4.2.6. Роль поверхности катодной матрицы
4.3. Выводы по главе.
Глава 5. Исследование поверхности промышленных термоэмиссионных
катодов
5.1. Введение.
5.2. Эксперимент
5.3. Динамическое равновесие поверхностных процессов.
5.4. Процесс распыления активного слоя.
5.5. Процессы пополнения поверхностного слоя.
5.6. Толщина покрытия и эмиссионные характеристики при
динамическом равновесии.
5.7. Повреждение поверхности, вызванное ионной бомбардировкой
5.8. Ионная бомбардировка в атмосфере кислорода
5.9. Исследование процессов деградации термоэмиссионных катодов,
применяемых в СВЧ приборах.
5 Выводы по главе
Общие выводы по диссертационной работе
Приложение
Литература


Рассмотрим основные факторы, влияющие на эмиссионные свойства дисперсных катодов. При измерении эмиссии пользуются стандартными ВАХ, когда величина тока эмитированных электронов измеряется в зависимости от напряжения, приложенного между поверхностями катода и анода. Плоскость анода располагается на расстоянии 0, мм от поверхности катода. В областях малой величины эмиссии измерения проводят в стандартном режиме постоянного тока. Однако при ее значительном увеличении (>5 А-см'2), измерения проводят комплексно, используя импульсный метод с пилообразными импульсами высокой амплитуды -1,7 кВ, частотой Гц и длительностью 5 мкс. Полная ВАХ может быть снята за один период при использовании автоматической системы записи данных на компьютере. На рис. ВАХ лучшего на данный момент по эмиссионным свойствам скандатного катода [6]. Катод был приготовлен посредством лазерного напыления слоя W/Re+Sci на импрегнированную катодную поверхность. Нанокристаллический слой порядка 0-0 нм наносили на поверхность пористой W-матрицы диаметром 1 мм, состоящей из 4Ва СаОАІз. Эмиссионные характеристики в зависимости от температуры поверхности катода были сняты сразу после процесса активации катода при температуре °Смо-вг (реальная температура °С). На рис. ВАХ в двойной логарифмической шкале в зависимости от температуры катода, которая изменялась от 0°С до 0°С. Верхняя прямая линия соответствует ВАХ катода, снятой при рабочей температуре поверхности 0°С, и показывает эмиссионные свойства катода, ограниченные лишь объемным зарядом. Максимальная измеренная по данной ВАХ плотность эмиссионного тока составила 0 А-см'2. При уменьшении температуры поверхности катода наблюдается эффект насыщения, когда с ростом прикладываемого напряжения ток замедляет свой рост. Однако важной особенностью данных катодов является то, что они не подчиняются теории Шоттки и полное теоретическое описание ВАХ до сих пор невозможно. Тем не менее, предприняты попытки сделать математический анализ и дать описание ВАХ по совокупности двух моделей - хорошо определяемой модели для описания катодов Sc-І и закрытых рением участков поверхности импрегнированной матрицы скандатного катода [6]. На рис. С и нагрузке 4 А-см' постоянного тока, снятая в камере с рабочим давлением 2,7*"8 мбар. Примечательно, что эмиссия электронов на пике импульса 1,7 кВ остается довольно высокой -0 А*см'~ вплоть до часов работы катода. Правда, потом она несколько снижается, но, тем не менее, даже после часов работы ее величина составляет 0 А-см'2. Этого должно быть более чем достаточно в большинстве практических случаев применения. Рисунок 1. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) скандатного катода в зависимости от его рабочей температуры. Рисунок 1. Испытание скандатного катода на долговечность: время испытания > часов, рабочая температура - 5°С, нагрузка - 4 А-см 2. ARf'exp(-