Презентация на тему: Эмиттеры
Разработка SiC автоэмиттеров Автор – аспирант ТТИ ЮФУ Волков Е. Ю. Научный руководитель – к.т.н., доцент Светличный А.М.
Автоэмиссионные катоды Автоэмиссионные катоды (АЭК) обладают совокупностью свойств, делающих их исключительно перспективными. Это единственный тип катодов, для которого не требуется предварительного возбуждения эмиссии. Автоэлектронная эмиссия из металлических и полупровод­никовых веществ обеспечивается сильным ~ 107 В/см внешним элек­трическим полем, которое снижает и, что особенно важно, сужает потенциальный барьер вблизи поверхности катода. Наиболее характерными достоинствами автоэмиссионных катодов являются следующие: Высокая экономичность, обусловленная отсутствием накала. Устойчивость эмиссии к колебаниям температуры в широком ее диапазоне: от гелиевой до температуры красного каления. Высокая плотность тока эмиссии, достигающая 109 А/см2. Устойчивость эмиссии к радиационному облучению вплоть до уровня, вызывающего разрушение материала автокатода. Высокая крутизна вольт-амперной характеристики, обусловлен­ная экспоненциальной зависимостью тока от напряжения. Безынерционность отклика тока на изменение внешнего напря­жения. Совокупность этих свойств делает автоэмиссионные катоды чрез­вычайно привлекательными источниками свободных электронов и сти­мулирует разработки приборов и устройств электронной техники на их основе.
Классификация и типы эмиттеров (автоэмиссионных катодов) По количеству эмиттеров: одноэмиттерные многоэмиттерные многоострийные По геометрии эмиттера: "острые" формы - выступы, нити, острия, лезвия, торцы трубок их системы - пучки нитей, пакеты лезвий, углеродные нанотрубки
Характеристика карбида кремния
Преимущества SiC полупроводниковых материалов
Примеры приборов на SiC
Пример простейшего катода из Me 1 - подложка 2 - катодный слой из молибдена 3 - диэлектрический слой окиси алюминия 4 - проводниковый слой молибдена 5 – внешний коллектор Испытания проводились в вакуумной камере, 10-7 Па
Способ изготовления SiC катода
Маршрут изготовления
Схема технологического маршрута изготовления автокатода на SiC
Расчет поля автокатода Для расчета поля автоэмиссионного катода решается задача Дирихле для уравнения Лапласа. Одним из приближенных методов нахождения распределения потенциала, используемых при решении электронно-оптических задач, является метод конечных разностей, в основе которого лежит замена производных в исходном уравнении их приближенными выражениями через конечные разности. Общая схема проведённых исследований состоит в следующем: В системе автоматизированных вычислений MatLab воспользуемся подпрограммой pdetool. Задаем геометрию катода, моделируем катод, анод, эмиттер, управляющие электроды с реальными размерами. Задаем граничные условия Дирихле, то есть потенциал на границах: на аноде -100 В, на катоде +45 В, на управляющих электродах +15 В. Задаем “сетку”, которая используется в решении поставленной задачи. Далее запускаем процесс решения уравнения Лапласа и построения графиков распределения электрического потенциала и напряженности поля. Так как для эмиссии электронов из эмиттеров, используемых в наших примерах, необходима напряженность близ кончика эмиттера 107-108 В/м, то можно выделить ту площадь эмиттера, с которой эффективно будут вылетать электроны, совершая работу выхода. В дальнейшем эта площадь будет использована для расчета эмиссионного тока.
Основные уравнения автоэмиссии
Расчет поля автокатода Зная напряженность вблизи кончика эмиттера, и зная работу выхода электрона из материалов, используемых для изготовления эмиттеров, можно определить плотность эмиссионного тока с помощью выражения Фаулера-Нордгейма После нахождения плотности тока переходим к току через формулу
Расчет поля автокатода: тип - острийный Максимальная напряженность поля
Расчет поля автокатода: тип - скругленный
Результаты Подставляя эти значения, а также константы, приведенные выше, в уравнение Фаулера-Нордгейма, переходя от плотности тока к току, учтя площадь поверхностей, из которых идет эмиссия электронов, получим значения токов: I1= 28,27 мкА; I2= 19,34 мкА; I3= 13,12 мкА; I4= 9,02 мкА.
Исследование влияния редкоземельных металлов и их оксидов на эмиссионные свойства карбида кремния Работа состоит из следующих этапов: Подготовка подложки карбида кремния (SiC) Напыление Ni на подложку SiC методом магнетронного распыления Измерение толщины напыленного Ni Получение омического контакта посредством вжигания Ni Напыление редкоземельного металла (Eu) методом резистивного испарения Измерение толщины напыленного Eu Получение оксида Eu с помощью окисления во влажном кислороде Проведение измерений ВАХ трёх полученных образцов – чистого карбида кремния, карбида кремния с напыленным на нем Европием, карбида кремния с оксидом Европия с помощью туннельной сканирующей микроскопии, в одном диапазоне напряжений. Измерение распределения работы выхода с помощью метода модуляции расстояния зонд-образец Получение АСМ изображений образцов карбида кремния. Вычисление работы выхода электронов для полученных образцов Анализ полученных результатов
Описание этапов Подготовка подложки SiC
Описание этапов Измерение толщины слоя напыленного Ni
Описание этапов Напыление Европия
Описание этапов Измерение ВАХ системы зонд-образец и АСМ изображения образцов
Описание этапов
Описание этапов
Описание этапов
Заключение и выводы
Спасибо за внимание!
