Матричные автоэмиссионные катоды из монолитных углеродных материалов для приборов вакуумной электроники

• Автор: Бурцев, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Введение
1. Обзор современного состояния проблемы изготовления автоэмиссионных источников электронов для вакуумной свсрхвысокочастотной электроники
1.1 Технологические особенности создания автоэмиссионных источников электронов. Многослойные пленочные технологии.
1.2 Многоострийные автоэмиссионные структуры на основе монолитного углеродного материала
1.3 Современные конструкции автоэмиссионных диодных и триодных структур электронных пушек для вакуумных приборов эмиссионной электроники
2 Технология получения автоэмиссионных углеродных многоострийных матриц на основе монолитного стеклоуглерода

2.1 Структура и физикомеханические свойства стеклоуглерода

2.2 Технологический маршрут изготовления многоострийной матричной монолитной структуры из стеклоуглерода

2.3 Оптимизация режимов плазмохимического

микрозаостреиия поверхности микроострийной монолитной структуры стеклоуглерода с различной плотностью упаковки в низкотемпературной кислородной плазме ВЧ разряда

2.4 Исследование поверхности микроострийной структуры

из стеклоуглерода с помощью сканирующей туннельной и растровой электронной микроскопии
2.5 Изготовление конструкции дисковых многоострийных автоэмиссионных катодов Выводы
3 Экспериментальные исследования эмиссионных свойств многоострийных автоэмиссионных катодов на основе монолитного углеродного материала
3.1 Методика экспериментальных исследований ВАХ катодов с многоострийной матричной структурой из стеклоуглерода
3.2 Экспериментальные исследования ВАХ вакуумных автоэмиссионных микродиодов с многоострийной структурой из стеклоуглерода при изменении величины межэлектродного зазора
3.2.1 Экспериментальное исследование дисковых МАЭК, в составе лучевой диодной электронной пушки
3.3 Расчет эффективной площади эмиссии для многоострийной структуры из стеклоуглерода
3.4 Экспериментальнорасчетная методика оценки величины работы выхода электронов для материала МАЭК
3.5 Исследование флуктуаций и долговременной стабильности МАЭК
4. Расчет и конструирование диодных и триодных структур электронных пушек ЛБВ с МАЭК
4.1 Обоснование выбора формы эмитирующей поверхности автоэмиссионного катода
4.2 3 Э моделирование автоэмиссионных электронных пушек




4.3 Расчет многолучевой электронной пушки на основе монолитного МАЭК в однородном магнитном поле и разработка ее конструкции
4.3.1 Анализ эмиссионных свойств АЭК с нерегулярной плотностью упаковки микроструктуры
4.4 Расчет автоэмиссионных электронных пушек с криволинейной оптикой
4.4.1 Расчет электронной пушки со сферическим АЭК
4.4.2. Расчет автоэмиссионной электронной пушки с компрессией пучка
4.5 Расчет магнетронноинжекторной автоэмиссионной электронной пушки и разработка ее конструкции Выводы
Заключение
Список использованных источников


Особое место среди различных АЭК занимают матричные многоострийные авгоэмиссионные катоды из стеклоуглерода, отличающиеся монолитностью эмиссионной структуры, высокой стабильностью в режиме автоэмиссии в сильных электрических полях, наряду с пониженной адсорбцией остаточных газов по сравнению с металлами, долговечностью при токоотборе со средней
плотностью тока на катоде 4 Асм, воспроизводимостью катодных структур. Это обуславливает перспективность их использования в конструкциях электроннооптических систем ЭВП. Более сорока лет назад в США были начаты работы по созданию матричных автоэмиссионных катодов, получивших в результате наименование катодов Спиндта. Впоследствии появилось множество публикаций по разработке и конструированию различного типа АЭК и КСУ, построенных на принципах конструкции Спиндта, которые продолжаются и сегодня. Существенный вклад в развитие физики и технологии автоэмиссионных источников электронов также российские ученые Бондаренко Б. В, Шешин И. П., Рахимов А. Т., Гуляев , Синицын Н. И., Григорьев Ю. А., Торгашов Г. В., Горфинкель Б. И., Фурсей Г. Н. и др. Появление новых пленочных углеродных наноструктурных материалов открывает пути их использования в качестве автоэмиссионных источников электронов. Тем не менее, использованию монолитных АЭК из стеклоуглерода и других материалов в мощных приборах вакуумной СВЧ настоящее время можно считать актуальной задачей эмиссионной электроники. В силу недостаточности теоретического, технологического и экспериментального исследования особенностей изготовления и работы АЭК в вакуумных СВЧ приборах была сформулирована цель данной работы. АЭК, исследование их эмиссионных характеристик и разработка конструкций электронных пушек для эффективных СВЧ приборов с микросекундным временем готовности. АЭК для электровакуумных приборов сверхвысокочастотной электроники с микросекундным временем готовности. Методы и средства исследований. При выполнении работы использованы современные методы экспериментального анализа с применением принципов вакуумной микроэлектроники, электронной оптики, а также современные средства компьютерного моделирования. Достоверность полученных результатов подтверждается воспроизводимостью результатов, полученных в ходе экспериментальных исследований, а также апробацией результатов работы на опытных образцах АЭК и их соответствием фундаментальным законам автоэмиссии. Предложена и реализована технология группового микро, наноразмерного заострения путем воздействия низкотемпературной плазмой ВЧ разряда , МГц в кислородной среде на монолитную углеродную структуру из многоэлементной системы цилиндрических микроразмерных выступов с плотностью упаковки А см2 при температуре нагрева С и давлении Па, обеспечивающая формирование многоострийной матричной углеродной структуры с наноразмерным рельефом вершин. АЭК. Экспериментально установлено, что автоэмиссионный ток в диоде с многоострийным матричным катодом из стеклоуглерода при изменении температуры окружающей среды в интервале от С до 0С существенно возрастает, что является следствием уменьшения величины работы выхода материала многоострийного матричного автоэмиссионного катода. На основе применения компьютерного тракторного анализа формируемых электронных потоков предложены конструкции автоэмиссионных электронных пушек с анодной модуляцией и с низковольтным сеточным управлением и магнитным сопровождением, позволяющие осуществлять проектирование и разработку вакуумных приборов СВЧ на основе АЭК с микросекундным временем готовности с. АЭК, многолучевой электронной пушки с криволинейной оптикой со сферическим АЭК с пленочной углеродной наноструктурой и магнетронноинжекторнойпушки. Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при разработке современных и перспективных СВЧ электровакуумных приборов. Технология изготовления матричных многоострийных АЭК прошла апробацию на ФГУП НПП Алмаз, конструкции электронных пушек на основе АЭК могут быть использованы в электроннооптических системах в качестве базовых конструкций в ЛБВ сантиметрового диапазона и многолучевых клистронах. Полученные экспериментальные результаты и методики, а также численные модели позволят разработать ЭВП СВЧ с микросекундным временем готовности.