Разработка и исследование планарных автоэмиссионных катодов из углеродных материалов

• Автор: Лейченко, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ПЛАНАРНЫЕ АВТОЭМИССИОННЫЕ КАТОДЫ
1.1. Материалы для автоэмисснонных катодов
1.1.1. Электронная эмиссия
1.1.2. Измерения и номенклатура
1.1.3. Микроострия
1.1.4. Композиты
1.1.5. Тонкие пленки
1.1.6. Алмаз и алмазоподобные пленки
1.1.7. Графит и графитовые пасты
1.1.8. Полимеры
1.1.9. Углеродные волокна
1.1.10. Углеродные нанотрубки
1.1.11. Особые углеродные структуры и другие материалы
1.2. Технология изготовления катодов
1.2.1. Подложка
1.2.2. Электроды катодного контакта и затвора
1.2.3. Резистивные слои
1.2.4. Изолятор модулятора и соответствующие технологические процессы
1.2.5. Альтернативные триодные и тетродные конструкции
1.2.6. Тонкопленочные краевые эмиттеры
1.2.7. Приборы с поверхностной эмиссией
1.2.8. Приборы на основе поверхностной проводимости
1.3. Технологические процессы изготовления вакуумных приборов с автокатодами
1.3.1. Очистка
1.3.2. Спейсеры
1.3.3. Вакуумная оболочка
1.3.4. Поддержание вакуума в отпаянном приборе
1.4. Особенности работы приборов на основе автокатодов
1.4.1. Типы сбоев
1.4.2. Рабочий режим
1.4.3. Вопросы экологии
1.5. Латеральные катоды из терморасширенного графита
1.5.1. Преимущества латеральной конструкции катода
1.5.2. Углеродные автокатоды и особенности их структуры
1.5.3. Терморасширенный графит
Краткие выводы
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Методика эмиссионных испытаний автокатодов
2.1.1. Анализ вольт-амперных характеристик
2.1.2. Анализ анодно-сеточных характеристик
2.1.3. Проведение долговременных автоэмиссионных испытаний
2.1.4. Измерительный стенд
2.2. Методики визуализации эмиссионных центров
2.2.1. Анализ топографии катода с помощью растрового электронного микроскопа
2.2.2. Анализ автоэмиссионного изображения катода
2.2.3. Исследование распределения эмитирующих центров с помощью коронного разряда

Краткие выводы
ГЛАВА 3 СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЭМИССИОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
3.1. Исследование структуры ТРГ фольги
3.2. Эмиссионные свойства ТРГ фольги
3.3. Формирование эмиссионных центров при помоши лазера
3.3.1. Физические предпосылки лазерного раскроя углеродных композиционных материалов.
3.3.2. Термическая обработка фольги из ТРІ' лазерным излучением
3.3.3. Установка лазерной резки
3.3.4. ТРГ фольга после обработки импульсным лазерным излучением
3.3.5. Испытания катода из ТРГ, изготовленного с помощью лазера
3.3.6. Сравнение механической и лазерной обработки фольги из ТРГ
3.4. Эмиссионные характеристики автокатодов из ТРГ фольги
3.4.1. Долговременная стабильность
3.4.2. Сравнение автоэмиссионных катодов из ТРГ и ПАН-волокон
3.4.3. Предельно достижимые плотности тока катодов из ТРГ
Краткие выводы
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С АВТОКАТОДОМ
4.1. Применение метода конечных элементов для решения уравнения Лапласа
4.2. Математическая модель электронно-оптической системы
4.3. Элемент дисплейной матрицы на основе фольги из ТРГ
Краткие выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Создание, исследование и применение автоэмиссионных катодов (АЭК) является одним из актуальных направлений современной науки и техники. В последнее время значительный интерес привлекают исследования автоэлектронной эмиссии из новых типов углеродных материалов. Отличительной особенностью углерода является его высокая устойчивость к воздействию разрушающих факторов эмиссионного процесса, а также возможность создания различных структур на его основе с уникальными эмиссионными свойствами.
С практической точки зрения особо актуальным является создание плоских автоэмиссионных источников света и дисплейных экранов. Для таких применений необходимо формировать большие массивы автоэмиссионных катодов (от нескольких кв. см до нескольких десятков, а то и сотен кв. см). Оптимизация параметров таких автокатодов требует понимания фундаментальных закономерностей их работы. При этом для создания катодных массивов большой площади необходимо учитывать не только параметры отдельного катода, но и взаимодействие элементов массива между собой.
Материал автокатода определяет его эмиссионные характеристики и свойства конечного прибора. В качестве АЭК были опробованы различные типы углеродных волокон, пиролитические графиты, мелкопористые графиты и другие углеродные материалы. Практически сразу с момента обнаружения нанотрубок в 1991 году было выявлено, что они обладают уникальными эмиссионными свойствами. Автокатоды на их основе получили широкое распространение. Таким образом, к настоящему времени исследован достаточно широкий спектр углеродных материалов для использования в качестве автокатодов. Однако для изготовления вакуумных

углубленным модулятором и удаленным модулятором и представлял результаты сравнения таких конструкций с классической [125].
4— люыниесцеити анод Л А Л Л Л л а-- МК>‘>ЛШЫП ‘ЖМР
. 'rtUHKrl)
„ катодная immn
а івошор ^ДЦРЦИІ < УЩЛВЯ ОДКТрОД
Н А ПОДПОЖКЯ
ikimjih анод сШЭЙСер
і управа электрод
— вакуумі cwft затор зміптер катодная ішша * подложка
ВІК V MHl.lli J'.liop
фокусіцллощиті
электрод
лклаш анод - уиравл. электрод изолятор
ШІПіер Н30ЛЯ70Р vup-двл >л*кхрод
подложка
вакуумний зазор
(|кч.спруіоншіТ _ •электрод
а помпи анод
4— упрпвл электрод А— ІГЮШПОР +.—■ спвПсер А— оапіер 4— подложка
стеклянная і.ч>.?к>чка »пкуумний -іпчор
люминофор катодная ШННа — подложка
вакуумный затор фокуснрукящА электрод
І .'UOMJU1 ІІІІОД
іопкліумю-ивлії
ЧЭД.Ч1ЮЛ
- - іпопятор
ПрЮ-ИОДІО-ЯТ ІГМСПТФр
ИЗОЛЯТОР
а— упрппл нппіа а—подложка
катодная нппіа
тюмнн анод вакуумный зазор
ИННЫІІМЮЧХ ІШ Р<Ю
каюдная ишиа •подложка

Рис. 1.3. Альтернативные конфигурации электронно-оптической системы: а — триод с утопленным модулятором, б — триод с отдаленным модулятором, в — классический тетрод, г — тетрод с краевым катодом, д — триод с клиновидным модулятором, е — краевой катод и анод, интегрированные в одной подложке, ж — поверхностный эмиттер (металл-изолятор-металл), з — прибор с эмиттером на основе поверхностной проводимости (ЭСЕ).
На рисунках 1.3,а и 1.3,6 продемонстрированы эти альтернативные конструкции. Candescent создал многослойную структуру с дополнительным
фокуснрч кчднЛ электрод
ІПОЧЯК'Р
люмпн анод вакуумный зазор управл электрод
эмиттер - катодная uu и и -Подложка