WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

На рис. 7, a сопоставлены данные, полученные для импульсов близкой амплитуды и длительности, различающихся тем, что в случае импульса 2 снижение прилоенного к зазору напряжения начинается коротким интервалом неглубокого, но резкого „сброса“ (заштрихованные области на осциллограмме и эмиссионной Рис. 6. Для реального импульса напряжения сложной форхарактеристике). В течение этого временного проме мы (рис. 4,b) измеренный в эксперименте импульс тока жутка и нескольких микросекунд после его окончания эмиссии (1) сопоставлен с результатом численного решения уравнений (1)–(4) (2). ток эмиссии продолжает нарастать при уменьшающемся Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 108 А.В. Архипов, М.В. Мишин, Г.Г. Соминский, И.В. Парыгин Idown(U)/Iup(U) с максимальными за импульс значениями напряжения и тока и постоянство угла наклона обратной ветви (рис. 7,b). В терминах феноменологической модели (1)–(4) наблюдаемый параллельный сдвиг обратной ветви эмиссионной характеристики следует связать не с изменением свойств эмиссионных центров (определяющих угол наклона обратной ветви), а с дополнительным ростом степени заполнения промежуточных электронных состояний Ns. Нам представляется возможным объяснить это явление на основе обсуждавшейся модели, приняв во внимание неоднородность поверхности эмиттера.

Уравнения (1)–(4) написаны в предположении, что эмиссия электронов происходит с единственного эмиссионного центра или с совокупности эмиссионных центров с близкими характеристиками. В действительности же поверхность исследованных пленочных эмиттеров образована наноразмерными частицами различной формы и с раличной электронной структурой [14]. Однако эти два утверждения не обязательно противоречат друг другу. Будем считать, что большая часть тока эмиссии протекает через активные эмиссионные центры, представляющие собой наночастицы или комплексы наночастиц, форма и расположение которых обеспечивают наибольшее геометрическое усиление прикладываемого электрического поля, а электронная структура включает в себя наиболее высоко расположенные (т. е.

Рис. 7. a — эмиссионные характеристики пленки НПУ, характеризуемые низшим электронным сродством s ) измеренные при использовании гладкого колоколообразного приповерхностные акцепторные уровни, служащие в импульса напряжения (1) и импульса напряжения (2), сокачестве промежуточных электронных состояний при держащего участок быстрого спада вскоре после максимума полевой эмиссии. Для частиц с более глубоким рас(отмечен штриховкой на осциллограмме и эмиссионной хаположением акцепторых уровней эмиссия при той же рактеристике). b — эмиссионные характеристики, полученные при варьировании постоянного смещения Ub и сохранении степени усиления электрического поля будет менее эфформы и амплитуды импульсной компоненты напряжения.

фективной из-за низкой проницаемости энергетического Осциллограммы на вставке соответствуют импульсу с наибарьера, отделяющего промежуточные эти уровни от большим значением Ub. Источник эмиссии — небольшое вакуума. Однако само заполнение электронами из объколичество астраленов на поверхности защитного электрода ема расположенных на большей глубине акцепторных (нержавеющая сталь), появившееся в результате диффузии с состояний для такого „неэмиттирующего центра“ может образца.

начинаться при меньшей напряженности приложенного поля и приводить к накоплению большего количества электронов. В случае стационарного или медленно менапряжении. В целом задержка между максимумами на- няющегося электрического поля эти электроны практипряжения и тока для приведенного импульса составляет чески не участвуют в эмиссионых явлениях. Действие около 8 µs. В координатах Фаулера–Нордгейма этому параллельной поверхности компоненты электрического интервалу соответствует участок характеристики, при- поля на электроны приповерхностного слоя собирает близительно параллельный линии I = const (смещение их в центрах усиления поля (на выступах эмиттера) вправо и вверх), отсутствующий на характеристике, и изолирует эти центры дург от друга. Однако при полученной для „гладкого“ импульса 1. Накопившееся резком уменьшении поля эффективность такой изоляции за относительно короткое время расхождение между снижается и сила кулоновского расталкивания накоплендвумя рассматриваемыми характеристиками сохраняет- ных на приповерхностных состояниях в ограниченных ся до окончания импульсов приложенного напряжения. областях эмиттера (прежде всего вблизи неэмиттируюТаким образом, можно констатировать долговременное щих центров усиления поля) электронов может вызвать активирующее действие интервала быстрого спада элек- их перераспределение в пользу эмиттирующих центров.

трического поля на эмиссию с исследуемых образцов. По нашему мнению, именно такое перераспределение Это явление дополнительно усиливает гистерезис им- электронов между различными участками поверхности пульсных эмиссионных характеристик, сохраняя основ- неоднородной наноуглеродной пленки под действием ные его закономерности: связь глубины гистерезиса нестационарного электрического поля могло вызывать Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Гистерезис импульсных характеристик автоэлектронной эмиссии с наноуглеродных пленок наблюдавшееся в эксперименте долговременное повышение ее эмиссионной активности после быстрого снижения приложенного к зазору напряжения [13].

Эмиссионные характеристики при различной форме импульса напряжения Дальнейшее исследование зависимости вида эмиссионных характеристик от параметров прикладываемого к эмиссионному зазору импульса напряжения было проведено для нескольких образцов углеродных пленок и подтвердило соответствие обсуждавшихся выше модельных представлений экспериментально наблюдаемым закономерностям.

Согласно формуле (1), если скорость спада напряжения достаточна для выполнения условия Ns const, угол наклона обратной ветви эмиссионной характеристики в координатах Фаулера–Нордгейма определяется только свойствами эмиттера и не должен зависеть от параметров импульса. На рис. 8 сопоставлены результаты, полученные для одного из образцов при приложении к зазору импульсов напряжения различной амплитуды (a) и длительности (b). Несмотря на разную скорость изменения напряжения при измерении эмиссионных характеристик, наклон обратных ветвей сопоставляемых пар графиков одинаков. Закономерности трансформации прямой ветви при изменении параметров импульса сложнее. Например, в случае импульса с длительностью переднего фронта 5 µs (рис. 8,b) прямолинейный участок прямой ветви практически неразрешим, поскольку ток эмиссии начинает регистрироваться лишь вблизи максимума напряжения (и возрастает приблизительно в 8 раз в течение следующих 5 µs при спадающем напряжении).

При медленном изменении напряжения, когда „пленения“ электронов на акцепторных уровнях не происходит и условие Ns const не выполняется, не наблюдается и Рис. 8. a — эмиссионные характеристики, полученные с гистерезиса эмиссионных характеристик, как это можно использованием импульсов напряжения различной амплитуды.

видеть, например, для начального участка заднего фронОсциллограммы импульсов напряжения и тока приведены на та импульса, представленного на рис. 3, b. врезке; эмиттер тот же, что и на рис. 7,b. b — эмиссионные хаПри изменении свойств эмиттера угол наклона обрат- рактеристики для импульсов напряжения различной длительной ветви импульсных эмиссионных характеристик за- ности, эмиттер — следовое количество НПУ на поверхности ниобиевой фольги. c — эмиссионные характеристики той же кономерно изменяется. На рис. 8,c сопоставляются поверхности в процессе ее деградации в результате воздейданные, измерявшиеся в процессе деградации одного из ствия многократных пробоев эмиссионного промежутка. Хаобразцов. Общее снижение его эмиссионной активности рактеристика 1 соответствует „свежему“ эмиттеру. Измерения сопровождается заметным (в несколько раз) ростом угла проводились с сохранением формы и амплитуды импульсной наклона обратной ветви. При этом наклон прямой ветви компоненты напряжения и постепенным увеличением постоянизменяется не столь существенно, что можно объяснить ного смещения Ub (для компенсации ухудшения эмиссионных различным распределением тока между эмиссионными свойств образца).

центрами для интервалов нарастания и спада напряжения. В течение переднего фронта импульса худшая проницаемость поверхностного барьера для центров с глубоко расположенными промежуточными уровнями После начала заднего фронта импульса степень заполнеможет компенсироваться большей скоростью заполне- ния промежуточных уровней выравнивается (например, ния этих уровней, что приводит к относительно равно- за счет перераспределения электронов под действием мерному распределению тока эмиссии между центрами. нестационарного поля) и эмиссия оказывается сосреЖурнал технической физики, 2005, том 75, вып. 110 А.В. Архипов, М.В. Мишин, Г.Г. Соминский, И.В. Парыгин доточенной в центрах с наименьшим значением s. [13] Arkhipov A.V., Mishin M.V., Sominski G.G. et al. // Abst.

IFES’04. Seggau Castle (Austia), 2004. P. 102.

По-видимому, именно эти центры первыми разрушаются [14] Бондаренко В.Б., Габдуллин П.Г., Гнучев Н.М. и др. // при деградации пленки, что и отражается на виде ЖТФ. 2004. Т. 74. Вып. 10. С. 113–116.

импульсных эмиссионных характеристик.

[15] Ponomarev V.A., Nikitin V.A., Letenko D.G. et al. // Abstr.

Intern. Workshop „Fullerines and Atomic Clusters“. St.

Заключение Petersburg, 2003. P. 293.

[16] Пшеничнюк С.А., Юмагузин Ю.М. // ЖТФ. 2004. Т. 74.

Таким образом, результаты приведенных исследоваВып. 5. С. 105–112.

ний свидетельствуют о сложном характере процесса автоэлектронной эмиссии с гетерогенных углеродных пленок. Для объяснения наблюдавшегося в импульсных экспериментах гистерезиса эмиссионных характеристик предложена модель непрямого переноса электронов в вакуум с участием промежуточных электронных состояний акцепторного типа. Обнаруженное явление активирования эмиссионных свойств углеродных пленок действием нестационарного электрического поля может иметь большую практическую значимость как для объяснения природы сложностей, возникающих при создании полевых пленочных эмиттеров для работы в режиме отбора больших токов, так и для разработки новых видов таких эмиттеров с улучшенными характеристиками.

Авторы выражают свою признательность ФГУП „Прикладная химия“, „Астрин-Холдинг инк.“ и ЦНИИ робототехники и технической кибернетики за предоставленные образцы наноуглеродных материалов, а также Л.М. Баскину, П.Г. Габдуллину и Б.А. Кригелю за интерес к работе, участие в ее обсуждении и техническое содействие.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 05-02-17206).

Список литературы [1] Bonard J.-M., Salvetat J.-P., Stockli T. et al. // Appl. Phys.

1999. Vol. A69. P. 245–254.

[2] Talin A.A., Dean K.A., Jaskie J.E. // Sol. St. Electron. 2001.

Vol. 45. P. 963–976.

[3] Образцов А.Н., Павловский И.Ю., Волков А.П. // ЖТФ.

2001. Т. 71. Вып. 11. С. 89–95.

[4] Xu N.S., Chen Y., Deng S.Z. et al. // J. Phys. D. 2001. Vol. 34.

P. 1597–1601.

[5] Bonard J.-M., Croci M., Klinke C. et al. // Carbon. 2002.

Vol. 40. P. 1715–1728.

[6] Pirio G., Legagneux P., Pribat D. et al. // Nanotechnology.

2002. Vol. 13. P. 1–4.

[7] Obraztsov A.N., Volkov A.P., Nagovitsyn K.S. et al. // J. Phys.

D. 2002. Vol. 35. P. 357–62.

[8] Гуляев Ю.В. // Вестник РАН. 2003. Т. 73. № 5. С. 389–391.

[9] Chen J., Chen H.Y., Deng S.Z. et al. // Abst. IFES’04. Seggau Castle (Austria), 2004. P. 76.

[10] Okotrub A.V., Bulusheva L.G., Gusel’nilov A.V. et al. // Carbon. 2004. Vol. 42. P. 1099–1102.

[11] Konov V. // Abstr. Intern. Workshop „Fullerines and Atomic Clusters“. St. Petersburg, 2003. P. 10.

[12] Arkhipov A., Mishin M., Sominski G., Parygin I. // Proc.

Intern. Conf. „Displays and Vacuum Electronics“ Garmisch– Partenkichen (Germany), 2004. P. 121–124.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.