WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ется реабсорбцией излучения, задерживающей приход Для компенсации влияния размножения перед имизлучения на катод с удаленных от него областей. Эта пульсом генерации гелиевого лазера на постоянное задержка выражается через фактор извлечения Холстейнапряжение питания накладывается импульс обратной на [12] g = 0/r, где 0 и r — время жизни RS в полярности, вызывающий в квазистационаре ослабление вакууме и эксперименте соответственно. Реабсорбция тока на его величину в пике t1. Количество электриизлучения обусловливает значительный разброс вречества и число фотоэлектронов затем вычислялось по мени затухания ОГС в зависимости от газоразрядных формулам (1), (2), где интегрирование велось от нуля условий и геометрии эксперимента (рис. 3). Оно хорошо до момента времени, когда на осциллограмме импульса описывается теорией Холстейна при учете однородного тока достигается минимум, т. е. до момента t = t2.

уширения резонансной линии за счет спонтанного излуПолученная зависимость коэффициента фотоэмиссии чения и столкновительного уширения ( 600 MHz/Torr) от приведенной плотности тока приведена на рис. 5,a, и допплеровского уширения для линии с = 2058 nm, а на рис. 5, b — ВАХ разрядов. Представленные ресогласно [13].

зультаты охватывают широкий диапазон газоразрядных Через 0.8-3 µs после импульса излучения лазера осусловий по параметру j/P2 (приведенная плотность He циллограмма ОГС пересекает линию постоянного тока тока разряда) и E/N (приведенная напряженность пои продолжает падение до времени 3-10 µs. Возникноля на катоде). При малых j/P2 (от 2 — гранивение этого минимума объсняется тем, что MS также He цы между нормальным и аномальным разрядом — влияет на генерацию ВУФ-излучения. Это влияние осудо 32.4 µA/cm2 · Torr2) измерения выполнены для разществляется в основном через эффективное ступенчатое ряда типа „полый катод“, когда считается [17], что развозбуждение электронами состояний гелия n1P0 из MS множения в области КПП достаточно для поддержания 21S0 [16] (n 2, n — главное квантовое число).

самостоятельного разряда. Наблюдается рост ph от 0.При воздействии лазерного излучения процессы гедо 0.29 при статистической ошибке измерений 10% на нерации ВУФ — с участием MS — ослабляются из-за нижнем пределе и 5 на верхнем. Падение напряжения уменьшения населенности MS, соответственно вызванна разряде при этом возрастает с 149 до 211 V (рис. 5,b, ный ими фототок уменьшается. Это и приводит к кривая 1). Считая, что при j/P2 = 2 µA/cm2 · Torr2 привозникновению минимума тока в пике t2. Наблюдается He веденная длина области КПП ln · PHe = 1.5 Torr · cm [18], разнообразная и сложная зависимость отношения амплитуд тока в пиках t1 и t2. Отметим только, что наи- находим, что наименьшая величина E/N на катоде равна E/N = 450 Td (1Td = 10-17 V · cm2).

большая величина отношения i2/i1 0.3 достигается в открытом разряде при повышенном давлении гелия, Для j/P2 > 30 µA/cm2 · Torr2 измерения выполнены He когда ослаблена диффузия MS на стенки и усилены для открытого разряда и двух режимов аномального разпроцессы возбуждения RS с участием MS. ряда, ВАХ которых заметно отличаются друг от друга.

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. Состояние поверхности и эмиссия электронов с холодных катодов в вакууме и в тлеющем разряде... ку. В этих условиях на эмиссионные свойства катода могут оказывать влияние только атомы рабочего вещества, адсорбированные его поверхностью. Оказалось, что в отсутствие разряда ph = 0.35 ± 0.05. Теоретическая величина ph, реализуемая по рассматриваемому в данной работе механизму, определяется по формуле [11]:

ph = 0.032(0.78w - ) =p, (5) где — работа выхода; p — коэффициент потенциальной эмиссии под действием возбужденных атомов. Если адсорбированные атомы гелия не оказывают влияния на работу выхода, то = 4.31 eV и ph = 0.4.

4. Обсуждение результатов 4.1. Фотоэмиссия в разряде Коэффициент фотоэмиссии в ВУФ-области спектра в вакууме ph для разных металлов измерялся в многочисленных работах. Достаточно полный их обзор приведен в [4]. Из нее следует, что в области резонансной линии гелия ph может изменяться от 0.02 (очищенные и подвергнутые тренировке, например, высокотемпературному нагреву поверхности) до 0.13 (неочищенные поверхности). В газовом разряде, учитывая бомбардировку катода быстрыми тяжелыми частицами, вызывающую распыление поверхностных загрязнений, следует считать поверхность скорее чистой, чем загрязненной.

Полученная в данной работе величина ph больше чем на порядок превышает измеренную в вакууме для чистой поверхности и более чем вдвое для загрязненной.

Таким образом, при моделировании газового разряда в Рис. 5. a — зависимость коэффициента фотоэмиссии ph любых его режимах, включая зажигание с неочищенным от j/P2 ; b — зависимость напряжения горения разряда He катодом, необходимо принимать во внимание адсорбцию от j/P2 ; 1 — разряд в полом катоде PHe = 1.3; 2, 2 —АТР He поверхностью катода рабочих газов (при пробое) и PHe = 1.3; 3 —ОР PHe = 7; + —АТР PHe = 7Torr.

дополнительно его легирование в режиме горения, что изменяет вклад фотоэмиссии.

К настоящему времени установилось представление о том, что роль фотоэмиссии в газовом разряде невеРазличия в режимах аномального разряда вызываются разными диаметрами перфорированной части анода. Для лика [17,18]. Однако в последнее время появились текривой 2 он равен 1.25, для 2 — 2.7 cm. В пределах оретические и экспериментальные работы, в которых статистической ошибки измерений различие в ВАХ не значительная роль фотоэмиссии продемонстрирована в влияет на ph. На верхнем пределе j/P2, исходя из разнообразных разрядах [19–21]. С учетом этих публикаHe предположения, что длина области КПП lc = 0.37ln, ций и полученных в данной работе результатов оценим находим E/N = 4.1 kTd. В открытом разряде E/N из- роль фотоэмиссии в различных разрядах. В классической меняется от 9.5 до 13 kTd, согласно 3 рис. 5,b и при работе Клярфельда и Москалёва [22] проведено прямое слабом искажении поля в разрядном зазоре [14]. В пре- измерение фотоэлектронного тока в вакуумных услоделах ошибок измерений ph в открытом и аномальном виях, вызванного излучением нормальных разрядов в разрядах совпадают, в том числе и для точки (+) на криптоне и ксеноне, освещающих катоды одновременно рис. 5,a в аномальном разряде при PHe = 7Torr.

в разрядной и контрольной вакуумной ячейках. Было Из рис. 5, a видно, что начиная с j/P2 > сделано заключение о том, что вклад фотоэмиссии He не превышает 15% в общий ток эмиссии катода. Расчет > 6.5 µA/cm2 · Torr2 при существенно разных условиях и режимах горения разряда усредненная величина ph проводился по формуле = i0M/idµ2Tn, где i0 и id — по 21 точке составляет ph = 0.3 ± 0.01. фототок и ток разряда; M — коэффициент размножения При пробое и в темном таунсендовском разряде поток электронов в катодном слое; µ — прозрачность сетокбыстрых тяжелых частиц на катод или отсутствует, или анодов (µ2 = 0.97); T — прозрачность пластины из LiF, значительно уступает обратному диффузионному пото- разделяющей разрядную и измерительную вакуумную 8 Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 114 П.А. Бохан, Дм.Э. Закревский ячейки; n < 1 — фактор, учитывающий небольшую аргоне может преобладать фотоэмиссия. В цилиндричеразницу в Rs. ском катоде (аналоге полого катода) Rs достигает 0.8, поэтому разряд в нем может поддерживаться за счет В [22] получено, что в разряде в ксеноне:

фотоэмиссии практически без размножения в катодом i0/id 10-3, M = 54, T = 0.5 и 0.11. Для криптона i0/id 1.5 · 10-3, M = 20, T = 0.22, 0.12. Авто- слое. В широкоапертурных разрядах в гелии и неоне при ры [22] использовали для никеля и резонансных ли- dc ln продемонстрирована эффективность генерации электронного пучка вплоть до 99% [25], что является ний ксенона и криптона величину ph соответственно прямым следствием доминирования фотоэмиссии. Для 8.2 · 10-3 и 2.8 · 10-2. При расчете по (5), т. е. с учетом фотоэффекта с участием адсорбированных атомов, ph открытых разрядов, в которых благодаря относительно высокому рабочему давлению значительно возрастает увеличивается до 6.7 · 10-2 для ксенона и до 0.106 для удельный энерговклад, преобладание фотоэмиссии и криптона. Следовательно, доля фотоэмиссии в нормальвысокая эффективность генерации ЭП сохраняются до ных разрядах должна рассчитываться по формуле dc 0.5cm [26].

С учетом вышесказанного можно заключить, что при = ph/ph i0M/idµ2Tn. (6) разряде во всех благородных газах существует широкий диапазон условий, когда он в основном обеспечивается На основании (6) = 0.9 и 0.45 соответственно для за счет фотоэмиссии. Ее влияние проявляется даже разрядов в ксеноне и криптоне при геометрии экспев тех случаях, когда на первый взгляд она несущеримента [22], где dc ln, т. е. по крайней мере разряд ственна, в частности, при зажигании и горении разряда в ксеноне носит преимущественно фотоэлектронный в левой ветви кривой Пашена при низком рабочем характер. Меньшая величина в криптоне вызвана тем, давлении. Рассмотрим пример из [3], где теоретически и что из-за сильного поглощения резонансного излучения экспериментально исследовался разряд, генерирующий криптона в LiF эффективная величина Rs для криптона электронный пучок в гелии с PHe 0.03-0.06 Torr. При и соответственно n в (6) значительно меньше, чем для id = 20 mA и давлении гелия 57 mTorr, приведенном к ксенона. Поэтому нормальный разряд в криптоне также, комнатной температуре, длина катодного слоя составскорее всего, носит фотоэлектронный характер.

ляет 6 cm при dc = 10 cm, U = 4 kV и длине разрядной Полученный вывод подтверждается моделированием ячейки 28 cm. Для оценки нижнего предела вклада фотои экспериментальными исследованиями разряда в пикэмиссии в ток разряда рассчитан поток ВУФ-излучения селах плазменных дисплеев, разработка и исследоваиз катодного слоя, генерируемого при возбуждении ние которых интенсивно проводится в течение погелия быстрыми тяжелыми частицами. Параметры плазследних 20 лет. Обычная величина мощности ВУФмы брались из [3], сечение возбуждения резонансного излучения ксенона для них, достигающего люминофор и состояния 21P0 из [27,28], сечения возбуждения синсоответственно катод, составляет = 7% от вложенной глетных состояний гелия с главным квантовым числом в разряд мощности [23]. При типичной величине рабочеn 3, дающим вклад в ВУФ-излучение, из [29]. Реабго напряжения Ud = 200 V доля фотоэмиссионного тока сорбция излучения для быстрых атомов из-за большого от тока разряда может составлять допплеровского смещения отсутствует, для медленных 0 атомов она рассчитывалась по Холстейну с учетом i0/id = eUdph/w = 1.4 · 10-2 (7) радиационного уширения. Оказалось, что фототок с катода составляет i0 = 2.2mA (11% от общего тока) при ph = 8.2 · 10-3. Следовательно, при коэффициенили, как будет показано в следующем разделе, 18% от те размножения в катодном слое M 50 до 70% эмиссии, вызванной быстрыми тяжелыми частицами. Эта тока разряда поддерживается фотоэмиссией даже при доля, рассчитанная по данным работы [6], может быть ph = 8.2 · 10-3. При учете влияния имплантации, т. е.

значительно выше (до 40%) при пробое на левой части при ph = 6.7 · 10-2, величины M = 9 уже достаточно кривой Пашена при U > 4 kV, а также при увеличении для поддержания фотоэлектронного квазистационарного диаметра катода до 20 cm в условиях [3]. Таким обрааномального разряда. Теоретическое и экспериментальзом, и при низких рабочих давлениях роль фотоэмиссии ное исследование импульсного разряда в макроячейках в некоторых случаях может быть велика.

с характерным размером 1 cm в смеси Ne–Xe с 10% содержанием ксенона при суммарном давлении 5.6 Torr 4.2. Кинетическая и потенциальная эмиссия подтверждает существенное влияние фотоэмиссии [19].

при разряде в гелии В стационарном тлеющем разряде в аргоне при параметре PAr · dc = 2 Torr · cm эффективность преобразо- В работе [10] было показано, что учет имплантации вания энергии в ВУФ-излучение находится на уровне в катод атомов аргона при уровне их концентрации 40% [24]. Для коротких промежутков при Rs = 0.45 на 0.6 от предельной в широком диапазоне E/N дает катод в виде ВУФ-излучения попадает 18% от вложен- хорошее согласие рассчитанной величины действующеной в разряд мощности. Из соотношения вида (6), (7) го коэффициента электронной эмиссии ap по сравнепри ph = 0.11 [4,10,11] и = 1 следует i0/id = 0.42. нию с измеренной. Для разряда в гелии современных Отсюда видно, что даже в глубоко аномальном разряде в экспериментальных данных значительно меньше. При Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. Состояние поверхности и эмиссия электронов с холодных катодов в вакууме и в тлеющем разряде... моделировании гелиевого разряда обычно опираются на Примем во внимание, что данные по i,a (коэффициент эмиссии под действием k = dw/dx, (8) ионов и атомов) из работы [5]. Они показаны на рис. кривыми 1, 1. При их использовании в [9] получено кагде = 10-9 cm/eV, dw/dx — неупругие потери бычественное согласие теории и эксперимента по пробою стрых частиц в материале катода [10]. В свою очередь, гелия на левой ветви кривой Пашена. Авторы [6] для dw/dx = tw0Neff, t — суммарное сечение неупругих описания этого явления используют несколько отличастолкновений гелия с гелием; w0 — средняя энергия ющиеся данные по i,a от [5] (на 20-40%). Однако в возбуждения; Neff — эффективная концентрация импланработе [3] с участием некоторых авторов [6] в условиях тированных атомов гелия в катоде. Вид зависимости больших E/N используются сильно отличающиеся от k(w) должен повторять вид зависимости t(w). Для тоданных [5,6] величины i,a при энергии w>100 eV го чтобы получить k(i,a) = 0.55 при рассчитанном в [3] (рис. 6, кривые 2, 2 ). В [3] было достигнуто хорошее распределении быстрых тяжелых частиц по энергии, количественное согласие с экспериментом. Противоре- величина k(w) должна принимать значения, показанные чивость результатов, представленных на рис. 6, очевидна на рис. 6, кривая 3.

и потому требуется дальнейшее исследование данной Полученная зависимость k(w) в диапазоне энергий проблемы. Для этих целей продолжим анализ процесса до 600 eV, где имеются достаточно полные данные генерации электронов с катода [3], начатый в предыду- по сечениям возбуждения и ионизации гелия атомащем разделе. ми гелия, коррелирует с данными по a из [3], если последние уменьшить в 1.36 раза. При w = 500 eV Расчет тока, вызванного эмиссией под действием t = 1.49 · 10-16 cm2, что соответствует Neff = 0.MS гелия, возбуждаемых тяжелыми частицами, дает 1023 cm-3, или 0.26Nmax, Nmax = 1.6 · 1023 cm-3 [10].

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.