ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 105
Скачиваний: 0
использовался для получения сфокусированного пятна па пленке золота. Это пятно радиусом 0,5 мкм (что не является пределом) служило источником рентгеновских лучей в теневом рентгеновском микроскопе. Использо вался вакуум 10 8... 10~9 мм рт. ст. С острия (кристалл W, ориентированный по оси <001 > ) радиуса порядка 0,1 мкм отбирался ток 10~s А (только 5% его исполь зовалось полезно) в течение не менее чем 100 ч. При менялась магнитная фокусировка. Использованный ре жим, как указывают авторы, далеко не оптимален и содержит большие резервы увеличения тока в пятне.
Кроме описанных случаев — с задачей получения ма лого, но весьма интенсивного по плотности тока элек тронного пятна, можно встретиться в области таких при менений, как проекционные кинескопы; телевидение высокого разрешения с числом строк на порядок больше, чем в бытовом; электронное фрезерование — техника нанесения узоров с помощью электронного луча при из готовлении микроэлектронных схем, рентгеновский мик роанализ и г. п. Во всех таких случаях применение АЭК может увеличить разрешающую способность и скорость обработки. Это невозможно при работе с источниками иных видов эмиссии. Когда это станет принципиально важным, техника сможет обеспечить сверхвысокий ва куум, необходимый для стабильной работы АЭК. А тог да, когда развивающиеся независимо методы получения вакуума около 10 3 мм рт. ст. и выше станут дешевле и получат широкое распространение, АЭК как точечный эмиттер вытеснит накаливаемый термокатод и из осциллографических и телевизионных трубок массовых серий.
Пока в литературе имеются лишь редкие |
упоминания |
о построении макетов электронно-лучевых |
трубок на |
АЭК [30].
Локализация автоэлектронной эмиссии в узком телес ном угле. Острийные АЭК располагают характерным ре зервом повышения «точечное™» источника электронов. Дело в том, что пучок электронов, радиально расходя щихся от скругленного кончика иглы АЭК занимает большой телесный угол (обычно от 1 до 2,2 ср). Не смотря на этот недостаток, АЭК с успехом применяются в электронных и рентгеновских микроскопах. Однако существуют весьма эффективные способы снижения угловой расходимости пучка без применения электронной оптики, способы так называемой локализации эмиссии
220
к аберрациям, возможно даже полное использование пучка без коллимирования. Сегодняшние исследования идут по пути разработки методов локализации АЭЭ, до пускающих более непритязательные требования к усло виям работы (понижение допустимого вакуума, легкость восстановления локализации при ее утрате и т. п.).
Использование высокой крутизны вольт-амперной ха рактеристики А Ж . Если уравнение (7.3) для тока АЭЭ записать еще более упрощенно:
I ~ A * U n exp [—B*(\/U)]y |
(7.4) |
учитывая, что п не равно обязательно двум, например, из законов усреднения автоэлектронного тока (9, 38] сле
дует, что п = 3, то простым дифференцированием |
легко |
получить, что диодная крутизна АЭЭ равна |
|
^ - = 4 ( ” + г * т ) ' |
0-Ь) |
Величина B*/U, стоящая в показателе формулы Фауле р а — Нордгейма, однозначно связана с плотностью тока и оказывается немалой. Например, при ср = 5 эВ B*jU
(слабо зависящая от q>) равна 8; 17 и 26 |
при lg /=7,85; |
|||||
3,30 и —1 соответственно. |
Как |
указывалось, |
п равно 2 |
|||
или 3. |
|
|
|
|
|
|
Для сравнения получим аналогичную величину для |
||||||
нормального эффекта |
Шоттки. |
Если ток |
термоэмиссии |
|||
в сильном поле представить как |
|
|
|
|
||
/ т = АТ* ехр [ — |
ехр |
а Vе КаГУ |
(7.6) |
|||
|
|
|
|
Ът |
|
|
отделив сомножитель, не засящий от U, то |
|
|
||||
d /T __ / |
1 е V е V aU |
|
П 1 \ |
|||
~Ш |
Ц"2 |
Ш |
|
|
'■ ’ |
|
И в данном случае крутизна определяется произведением //£/ на величину порядка стоящей в показателе экспо ненты.
Ток АЭЭ может быть меньше, а напряжение больше, чем при термоэмиссии, и поэтому формулы (7.5) и (7.7) еще недостаточно выделяют характерное отличие АЭЭ. Оно проявляется ярче, если ввести в рассмотрение ве личину
_ dl/r
(7.8)
3 dU/U ’
223
характеризующую относительное приращение тока при определенном относительном приращении напряжения. Поскольку ст определяет чувствительность тока элемента схемы с данной вольт-амперной характеристикой к диф ференциально малому изменению напряжения, его мож но назвать коэффициентом сенсибилизации [39, 40].
Если для простоты |
обозначить величины, |
стоящие |
|
в показателе, одной |
буквой с индексом вида эмиссии |
||
B*/U = |
tа, |
e V e V d J lk T = tT, |
(7.9) |
то соответствующие коэффициенты сенсибилизации бу дут выглядеть просто:
|
|
(7.10) |
|
|
(7.11) |
причем £а при средних |
плотностях тока |
АЭЭ, равна |
15 ... 20, а ?.т при самых |
благоприятных |
Т и E = aU не |
превосходит 4, а обычно меньше единицы. Для сравне ния отметим, что для линейного элемента ст=1, а для при бора со степенной характеристикой I= U k, a ’= k [40].
Итак, автоэмиссионные приборы характеризуются вы сокими величинами о. В работе [39] для единичных воль
фрамовых |
острий, действовавших |
в |
диапазоне токов |
10 9 ... 10 |
6 А, и напряжений 2 ... |
5 |
кВ были измере |
ны ст, лежавшие в пределах 20 ... 25. Для увеличения ст
д^5С|10 Ра^0тать ПРИ возможно меньших плотностях тока АЭЭ. Коэффициент сенсибилизации ст характеризует эле мент как датчик малейших изменений напряжения. На пример, если следить за воспроизводимостью U по при бору, регистрирующему ток АЭЭ, это можно сделать в ст раз точнее, нежели пользуясь прибором тогоже класса для непосредственного измерения U.
Область применений автоэмиссионных приборов в связи с высокими ст ясна: это разного рода чувстви тельные элементы, реагирующие на слабые изменения U или Ь или иные физические обстоятельства, с ними связанчые. Разумеется, для реализации таких возможностей АЭЭ необходимы приборы с высокой степенью стабиль ности и воспроизводимости эмиссии. К счастью, ст возра стает с падением /, а чем меньше /, тем легче удовле творить этим требованиям. В работах [39, 40] в пределах точности измерений 0,2—0,5% получена воспроизводи мость характеристик по прошествии времени порядка су
ток п стабильность под током в течение десятков минут. Дайк в обзоре 130] упоминает о действующих макетах автоэмиссиоиных датчиков для измерения и стабилиза ции напряжения. Р. Япг построил бесконтактный микро
метр [41], чувствующий изменение расстояния до анода
о
с точностью до 1 А теоретически, и видимо, до десятков
о
А практически. Принцип действия микрометра был осно ван на регистрации изменений напряжения между АЭК иглой и анодом (объектом, до которого измеряется рас стояние от острия) при неизменном токе. По существу, здесь использовались высокие а, свойственные АЭЭ. Авторы работы [42] применили автоэмиссиошшй диод для осциллографического измерения малых изменений U на «полке» наносекундного импульса, которые были неза метны при обычных методах. Надо полагать, что высокие и — качество, обеспечивающее АЭК перспективы весьма интересных применений. Но сегодня в этой области де лаются лишь первые шаги, поскольку требования к ста бильности воспроизводимости, а следовательно, и к ва куумным услозиям в этом случае особо высоки.
Использование пленочных АЭК проанализировано в § 1.6.
АЭК в режиме СВЧ. В режиме СВЧ при синусоидаль ном напряжении U ток автоэмиссии / отбирается в те чение малой части периода, вблизи вершины синусоиды одного из полупериодов. Сильная нелинейность вольтамперной характеристики АЭЭ, возрастающая с измене нием тока (7.5), создает весьма крутые фронты у пика импульса тока. Такой импульс, содержит интенсивные гармоники основной частоты и поэтому, применяя АЭК, легко осуществить умножение частоты. Относительная моноэнергетичность электронов в импульсе приводит
к группировке их в сгустки, не вызывая необходимости
вбольших пролетных расстояниях, что уменьшает габа риты СВЧ приборов. В ряде применений СВЧ ценным
качеством оказывается высокая плотность тока АЭЭ и «точечпость» источника, что облегчает создание электрон ных «шнуров» высокой плотности. АЭК малогабаритен, поэтому он без ухудшения качества резонатора может применяться вплоть до предельных СВЧ. Узкая полуши рина пика энергетического распределения АЭЭ при низ ких температурах приводит к малым шумам, что улуч шает качество СВЧ приборов, использующих АЭЭ.
15—473 |
225 |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
Коллектор |
|
|
|
|
|
|
Выходной_ |
С |
|
|
|
|
|
|
резонатор |
'"V/ |
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
Ряд |
|
|
|
|
|
|
|
' острий |
|
|
|
|
|
|
Источник |
. Входной |
|
|
|
|
|
|
СВ Ч |
|
|
|
|
|
||
резонатор |
Рис. 7.9. Схема |
устрой |
|||||
с и г н а л а |
|||||||
АВтоэмис- |
ства электронного |
проек |
|||||
|
сионный |
||||||
|
|
тора: |
|
|
|||
|
катод |
|
|
2 — |
|||
|
1 — острие—объект; |
||||||
|
|
дужка, к которой крепится |
|||||
|
|
острие; |
3 —ввод |
высокого |
|||
|
|
напряжения; |
4 — люминофор; |
||||
|
|
5 — проводящее покрытие; |
|||||
|
|
6 — токоподводы |
дужки; |
||||
Рис. 7.8. Схема СВЧ устройства с авто |
7 — источник |
нагрева |
дуж |
||||
ки; |
8 — отросток |
|
для |
||||
эмиссионным катодом. |
|
откачки. |
|
|
|||
Наконец, свойство безнакальности |
и безынерционное™, |
||||||
присущее АЭК, крайне важно в режиме СВЧ. Все пере численные особенности АЭК определяют интерес и пер спективность их использования в этом режиме [43].
Таким применениям способствует ряд факторов, бла гоприятно влияющих на стабильность работы АЭК на СВЧ. При этом ослабляется катодное распыление АЭК [44], поскольку ионы остаточных газов с их большой мас сой (сравнительно с электронной) в резко переменном поле не могут набрать в среднем большого импульса, направленного к АЭК-Для АЭК, помещенного в резона тор, мощность пучка ограничивается мощностью резона тора, что мешает развитию вакуумного пробоя. Наконец, в режиме СВЧ, как показано Циммером [45], снижается чувствительность тока АЭЭ к изменениям работы выхода
Ф на СВЧ. Если |
определить величину g формулой g = |
|||
= ( d l / I ) I ( d ф /ф ), |
то по [45] |
на СВЧ для АЭК в резона |
||
торе g составляет |
18 или 25% от g |
для стационарного |
||
режима при /= 1 0 6 |
или 107 A/см2 соответственно. Обстоя |
|||
тельством, затрудняющим |
внедрение |
АЭК в приборы |
||
СВЧ, оказывается требование не слишком малых, а же лательно больших токов, поскольку достоинства АЭЭ наилучшим образом проявляются в «мощных» приборах СВЧ.
Несмотря на оптимистические предсказания, сообще ний об использовании АЭК на СВЧ, известно немного.
22$