Ашкинази Л.А. - Эмиссия, страница 8

Другим способом придания проводимости окислу является частичное его восстановление. Именно такой способ почти монопольно применяется для изготовления микроканальных умножителей, хотя известны успешные попытки изготовления их из керамик (BaSrGe)(TiSn)O₃ и (ZnTi)O₃ + Al₂O₃. Обычная же технология такова - стеклянные трубочки складываются в пучок, при нагреве сильно вытягиваются и сплавляются между собой. Полученный стержень, пронизанный каналами, режется на шайбы и нагревается в Н₂, при этом некоторые окислы, входящие в стекло, частично восстанавливаются, обеспечивая проводимость. Известно применение (или попытки применения) самых разных стекол - обычных свинцовосодержащих (Pb, Si, K (калий), Na (натрий)), с добавкой Bi (висмута), стекол системы V (ванадий)-P (фосфор)-Cs, V-P-Ba-W и т.д. В основном полученные данные таковы: s_m от 3 до 4,5, Е_m от 0,2 до 0,4 кэВ и E_I от 15 до 50 эВ. Впрочем, иногда получают и меньшие s_m, и большие E_I.

Стойкость к бомбардировке, т.е. допустимый первичный ток, невелик. Так, в литературе называлась в качестве допустимой доза 10^-3 кул /см² при энергии 2 кэВ; при прогнозируемом сроке службы 1000 часов это соответствует 3×10^-4 А /см². Заметим, что керамики, попытки применения которых вместо стекол делались (см.выше), выдерживают токи, большие на несколько порядков. Здесь область поиска столь же широка, а полученных данных еще меньше.

Окисленные сплавы

Наконец, последний способ получить проводящий окисел - это частично окислить металл. Понятно, почему частично: полностью окисленный станет окислом с высоким КВЭ, но низкой проводимостью. Практически удобно использовать сплавы по меньшей мере двухкомпонентные, в которых один компонент и образует окисел - эффективный вторично-электронный эмиттер, а второй компонент не окисляется и служит с одной стороны "ограничителем окисления", с другой - токопроводящей матрицей, в которой и находятся собственно эмиттеры - частицы оксида. В качестве этих сплавов известно применение AgMg, CuBeAl, CuAl, CuMg, CuBe, PtBe. В случае CuBeAl окисляемых компонентов два. Иногда бывает более одного и пассивного компонента. Иногда второй компонент вообще отсутствует - известно применение сплава MgAl (окисляются оба компонента) и чистого Be (бериллия). На состав сплава влияют также требования технологии - достаточно легкая обрабатываемость и т.п. Параметры получающихся катодов зависят от их структуры, а она - от режима окисления (давление кислорода, температура, время). Наилучшие эмиссионные параметры получаются при толщине окисной пленки в сотни ангстрем.

В общем, характерные величины таковы: s_m = 5 -15, Е_m " 0,5-1 кэВ и E_I = 20-50 эВ. В некоторых случаях удается получить s_m до 30 (MgCs, MgLi). Заметим, что во всех случаях в уже окисленном сплаве, т.е. в готовом эмиттере, могут присутствовать как частицы окисла, так и тонкие пленки окисла. Допустимый первичный ток (бомбардировки) составляет от 10^-4 А/см² до 10^-2 А/см² (для толстых пленок) и варьирует, конечно, и в зависимости от технологии, и от критерия допустимости.

Отметим, что механизм работы эмиттеров из окисленных сплавов до сих пор не вполне ясен; сложной проблемой является проводимость диэлектрических частиц и пленок, точнее - механизм передачи заряда в них или через них.

Антиэмиттеры

Часто в технике электронных приборов приходится решать задачу, прямо противоположную задаче создания эффективного вторичного эмиттера. Например, для коллекторов электронных приборов требуются материалы с низкой вторичной эмиссией, т.к. вторичные электроны попадают в объем прибора и ухудшают его параметры.

Кроме того, для выходных окон мощных СВЧ-приборов также требуются покрытия с низким КВЭ. В противном случае возникает вторично-электронный разряд и на окне выделяется такая энергия, что керамика проплавляется.

В первом случае материал с низкой вторичной эмиссией должен быть проводником; во втором - диэлектриком, чтобы пропускать СВЧ-излучение. Традиционно первая проблема решалась путем создания на поверхности шероховатости. Низким коэффициентом вторичной эмиссии известен углерод. Хорошие результаты получены и для некоторых других веществ, например, карбида титана. Для покрытия выводов энергии СВЧ-приборов делались попытки применения тонких металлических пленок, понижающих КВЭ, но настолько тонких (£10 нм), что они пропускали СВЧ-излучение. Наиболее эффективным оказалось применение TiN, позволившее увеличить предельную мощность СВЧ ЭВП в несколько раз.

Ион-электронная эмиссия

Известно два механизма ион-электронной эмиссии: потенциальная - вырывание электронов из тела полем подлетающего иона и кинетическая - выбивание электронов из тела за счет кинетической энергии иона. Коэффициент потенциальной эмиссии увеличивается с увеличением энергии ионизации иона и уменьшением работы выхода мишени, и для пар Ne⁺/W (неон/вольфрам), He⁺/W (гелий/вольфрам), Ar⁺/W (аргон/вольфрам) составляет, например, 0,24, 0,24 и 0,1 соответственно, и слабо зависит от энергии ионов. Для Мо (молибденовой) мишени и тех же ионов эти коэффициенты примерно на 10% больше.

При бомбардировке многозарядными ионами ион-электронная эмиссия возрастает - для 2-х, 3-х, 4-х зарядных ионов она больше, чем для однозарядных, примерно в 4, 10, 20 раз соответственно. Потенциальная ион-электронная эмиссия сильно зависит от состояния поверхности, поскольку она зависит от работы выхода. Это влечет относительно большой разброс экспериментальных данных.

Кроме потенциальной, существует еще и кинетическая ионно-электронная эмиссия. Она практически отсутствует при энергиях менее 1 кэВ, потом возрастает линейно, потом медленнее, проходит через максимум и убывает. Порядок величин коэффициента таков: для пары К⁺/W (калий/вольфрам) около 0 при 1,5 кэВ и 0,25 при 6 кэВ, для Ar⁺/W 0,1 при 1,5 кэВ и менее (потенциальная эмиссия) и 0,35 при 6 кэВ. Для энергии 10 кэВ коэффициент ион-электронной эмиссии достигает 0,6 в парах Ne⁺/Мо (неон/молибден) и Ar⁺/Мо (аргон/молибден). При больших энергиях рост замедляется. Например, в паре Ne⁺/Мо максимум, равный 1,8, достигается при 20 кэВ, в паре He⁺/Мо (гелий/молибден) - максимум 1,4 при 20 кэВ, в паре Мо⁺/Мо (молибден/молибден) - 1,5 при 25 кэВ, в паре Ar⁺/Si (аргон/кремний) - 1,0 при 15 кэВ. После максимума начинается спад, и к энергиям в единицы МэВ коэффициент падает примерно до единицы. В парах Sb⁺/Sb (сурьма/сурьма) и Bi⁺/Bi (висмут/висмут) достигается коэффициент ион-электронной эмиссии 4,0 при 20 кэВ без признаков насыщения. Для окислов и окисленных металлов коэффициент увеличивается. Например, при окислении W коэффициент увеличивается в 2 (а при сорбции азота - в 3) раза.

Ион-электронная эмиссия играет существенную роль в работе ряда электронных газоразрядных приборов, в которых источником электронов является катод, бомбардируемый ионами. В некоторых случаях процесс ионно-электронной эмиссии создает основное количество электронов в объеме прибора.

ЛИТЕРАТУРА

Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966. 546 с. (все виды эмиссии)

Ненакаливаемые катоды / Под ред. Елинсона М. И. М.: Сов. радио, 1974. 336 с. (автоэмиссия, эмиссия горячих электронов)

Бронштейн И. М., Фрайман Б. С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969. 407 с.

Брусиловский Б. А. Кинетическая ионно-электронная эмиссия. М.: Энергоатомиздат, 1990. 184 с.

Каминский М., Атомные и ионные столкновения на поверхности металла, пер. с англ., М.: Мир, 1967, 506 с. (ион-электронная эмиссия)

Кудинцева Г. А., Мельников А.И., Морозов А.В., Никонов Б.П. Термоэлектронные катоды. М.: Энергия, 1966, 368 с.

Мойжес Б. Я. Физические процессы в оксидном катоде. М.: Наука, 1968, 480 с. (термоэмиссия)

Никонов Б. П. Оксидный катод. М.: Энергия, 1979. (термоэмиссия)

Куницкий Ю.А., Морозов В.В., Шлюко В.Я. Высокотемпературные электродные материалы. Киев, Вища шк., 1977, 232 с..

Высокоэффективный эмиттер электронов на основе гексаборида лантана. Кресанов В.С., Малахов Н.П., Морозов В.В., Семашко Н.Н., Шлюко В.Я. М.: Энергоатомиздат, 1987, 152 с. (термоэмиссия)

Белл Р. Л. Эмиттеры с отрицательным электронным сродством. М.: Энергия, 1978. 192 с.

Ашкинази Л.А. Термо- и вторично-электронные катоды для электровакуумных и газоразрядных приборов. Обзоры по электронной технике. Серия 1, СВЧ-техника. 1992, вып. 5 (1673). М.: ЦНИИ "Электроника".