Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 56
Текст из файла (страница 56)
В результате площадь элемента памятиполучается большой, а информационная емкость устройстваоказывается недостаточной для современньiх СБИС. Этот недостаток в значительной мере устранен при кодировании информации с помощью более мелких объектов, так называемых парвертикальных блоховских линий (ВБЛ), заключенных в доменнойгранице.300Раздел2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ---01---------1! Контрольные вопросы 11----'------1.Каковы возможности и перспективы нано- и функциональной электроники?2.Объяснить, что такое квантовые ямы, квантовые нити иквантовые точки.3.
В каких наноэлектронных приборах· используются квантовые ямы, квантовые нити и квантовые точки?4.Резонансное туннелирование и его использование в наноэлектронных приборах.5.6.Каковы особенности наноэлектронных приборов?Приборы с зарядовой связью: основные принципы формирования, хранения и переноса зарядовых пакетов.7.8.9.Параметры и характеристики П3С.Разновидности П3С.Основные элементы акустоэлектроники и их характеристики, достоинства, области применения, принципы работы.10.Элементы СБИС на цилиндрических магнитных доменах.РАЗДЕЛ3ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫС ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМИ ДИНАМИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМГлава11ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫС ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ11.1.
Общие сведенияЭлектровакуумным прибором называется устройство, в которомрабочее пространство, изолированное газонепроницаемой оболочкой (баллоном), имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной средой (парами или газами) и действиекоторогооснованонаэлектрическихявлениях,связанныхсдвижением заряженных частиц в вакууме или газе. В соответствии с характером рабочей среды электровакуумные приборыподразделяются на электронные и ионные (газоразрядные).В электронном электровакуумном приборе (ЭВП) электрическийток обусловлен движением только свободных электронов в ва кууме. Семейство электронных вакуумных приборов весьма обширно и объединяет такие группы приборов, как электронныелампы, электронно-лучевые приборы, электровакуумные фотоэлектронные приборы и др.Принцип действия ионного электровакуумного прибора основанна использовании свойств электрического разряда в газе илипарах металлов.
Эти приборы называют также газоразрядными(ГРП). К ним относятся газоразрядные приборы дугового, тлеющего, высокочастотного разрядов и др.Раздел З. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ302Любой вакуумный электронный и газоразрядный прибор состоит из системы электродов, предназначенных для управленияфизическими процессами внутри баллона, отделяющего внешнюю среду от рабочего внутреннего пространства прибора.В каждом типе электровакуумных и газоразрядных приборовсоздаются свои специфические системы электродов. Однако вовсех типах электровакуумных и большинстве типов газоразрядных приборов имеются: катодырующне) электроны, и аноды-электроды, испускающие (эмнтн-электроды, собирающие (коллектнрующне) электроны. Для управления потоками заряженных частицво многих приборах используются уnравпяющне электроды, выполненные в виде сеток или профилированных пластин, и специальцые электромагнитные элементы конструкции (катушки).
Конструкции электродов очень разнообразны и определяются назначением приборов и условиями их работы. В приборах отображенияинформации в наглядной (визуальной) форме (электронно-лучевые трубки-ЭЛТ, индикатор:Ьr и другие приборы) широко используются специальные конструктивные элементы-экраны, спомощью которых энергия электронного потока или электрического поля преобразуется в оптическое излучение (свечение) тела.Баллоны электровакуумных и газоразрядных приборов изготавливаются самой разнообразной формы из стекла, металла,керамики, а также из различных комби.наций этих материалов.Выводы от электродов делаются через цоколь, торцевые и боковые поверхности баллонов.11.2.
Основыэмиссионной электроникиРабота выхода. Чтобы сформировать поток свободных электронов, перемещающихся в вакууме или газе под действием электрических и магнитных полей, необходимо обеспечить выход электронов из твердого тела (чаще всего металла, полупроводника). Испусканиеэлектроновтвердымтеломназываетсяэмиссиейиосуществляется путем подведения к телу энергии от внешнего источника. Энергия, равная разности энергии Е 0 электрона, покоящегося в свободном пространстве на расстоянии, где силами, действующими на электрон со стороны поверхности твердого тела,можно пренебречь, и энергии ЕФ, соответствующей уровню электрохимического потенциала системы электронов в твердом теле(уровню Ферми, см.
п.1.1),т. е. А= Е 0 - ЕФ, называется рабо-Глава11. Электровакуумные приборытой выхода (см. также п.2.6).с электростатическим управлением303Работа выхода обычно выражается в электрон-вольтах (эВ).Работа выхода электрона складывается в основном из работыпо преодолению силы, действующей на электрон со стороныдвойного слоя, и силы зеркального отображения. Двойной электрический слой образуется вылетевшими с поверхности катода электронами и положительными ионами решетки материала катода,эмитирующего (испускающего) электроны. Двойной слой образует тормозящее электрическое поле для электронов, вылетающих с поверхности катода. При удалении от поверхности телана электрон действует удерживающая кулоновская сила, возникающая между удаляющимся электроном и наведенным в теле катода зеркально расположенным положительным электрическим зарядом (сила зеркального отображения).
Работа выхода большинства чистых металлов, используемых в качествекатодов, лежит в интервале1,8 (Cs) ... 5(Re) эВ.Для уменьшения работы выхода на по;верхность металлической основы (керна) наносят вещество с меньшей работой выхода, электроны которого переходят в керн. Вследствие этого наповерхности катода появляются положительные ионы, которыевместе с электронами, ушедшими в керн, формируют внутренний двойной электрический слой. Электрическое поле, создаваемоеэтимслоем,ускоряетвылетающиеэлектроны,т. е.уменьшает работу выхода электроньв. Например, при нанесе(W) ра1,56 эВ (актинии одноатомного слоя бария на поверхность вольфрамабота выхода уменьшается свированный4,5эВ (чистыйW)доW).В зависимости от вида энергии, подводимой :к веществу, различают термо-, фото-, вторичную и электростатическую электронныеэмиссии частиц.Термоэлектронная эмиссия осуществляется за счет нагрева вещества.
С ростом температуры вещества увеличивается энергия, получаемая электронами, и возрастает вероятность совершения ими работы выхода и покидания металла.Зависимость плотности тока термоэмиссии j е от температурытела (катода) Т определяется следующим выражением:(11.1)где А 0 -константа, зависящая от материала катода; для различных веществ А 0на; Т-= 10 ... 300 А/(см 2 • К 2 ); k -абсолютная температура.постоянная БольцмаРаздел З.
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ304Электростатическая (автоэлектронная) эмиссия обусловлена сильным электрическим полем, воздействующим на поверхность катода. При большом положительном относительно катода потенциале электрода, расположенного рядом с катодом,последнегопроисходитзначительноеширины энергетического барьера,у поверхностиуменьшениевеличиныикоторый нужно преодолетьэлектрону для выхода во внешнее пространство (в вакуум).
В результате при некоторой величине напряженности электрическогополяS может возникнуть значительный ток эмиссии за счет туннельного перехода через барье.р электронов с поверхности катодаво внешнее пространство. Это явление называется электростатической (автоэлектронной) эмиссией. Напряженности электрическихполей, необходимые для этого вида эмиссии, должны достигатьзначения порядка 106 В/см и более. Эта величина существенно(примерно на два порядка) меньше напряженности rющ{ внутридвойного слоя, задерживающего электроны, которые преодолевают потенциальный барьер вследствие туннелирования.Вторичная электронная эмиссия происходит при бомбардировкеповерхности катода потоками быстрых заряженных частиц.
Еслииспользуются электронные потоки, то отношение общего числавторичных (выбитых с поверхности тела) электронов п 2 к числупервичных (падающих на эту поверхность из электронного потока)электронов п 1 называют коэффициентом вторичной эмиссии,cr.Для большинства металлов и полупроводников максимальноезначениеcr ~ 1.У сложных соединений, включающих элементы смалой работой выхода,cr может достигать нескольких единиц.Фотоэлектронная эмиссия обусловлена действием внешнего электромагнитного излучения, воздействующего на поверхность вещества. Катод, использующий фотоэлектронную эмиссию, называется фотоэлектронным или фотокатодом.
Механизм фотоэлектроннойэмиссии объясняется законами фотоэффекта А. Г. Столетова иуравнением А. Эйнштейна. Согласно закону Столетова, фототокIФ пропорционален световому потоку Ф, облучающему тело:(11.2)Кинетическая энергия эмитированных электронов определяется частотойvпадающего света (или энергией фотоновhv)и всоответствии с законом Эйнштейна вычисляется из уравненияmv 22= hv-Авых'(11.3)Главагдеh -11. Электровакуумные приборы с электростатическим управлением305v-скопостоянная Планка; Авых-работа выхода;рость эмитированных электронов.Частота падающего света(v =vкр), при которой кинетическаяэнергия электронов равна нулю (hvкp = Авых), называется пороговой частотой фотоэлекrронной эмиссии, соответствующей длинноволновой, или красной,границе внешнего фотоэффекта.Поскольку различные вещества имеют различную работу выхода,фотоэлектронная эмиссия дляразных фотокатодов возникаетпри характерной для данного вещества критической частоте vкр·Чувствительность фотокатода оценивается отношением числаэмитированных электронов к числу падающих фотонов (квантовый выход).Катоды электронных ламп.
В большинстве электровакуумныхприборов применяются термоэлекrронные катоды (термокатоды),использующие термоэмиссию. Наиболее распространены однородные металлические, акrивированные металлические,полупроводниковые и металлополупроводннковые термокатоды. По способу нагрева термокатоды делятся на прямонакальные и подогревные.Прямонакальные катоды выполняются различной формы изтонкой проволоки (или ленты), которую закрепляют в массивных держателях, подсоединяемых к источнику тока накала.
Подоrревные катоды (косвенного канала) содержат изолированнуюнить подогрева (подогреватель) и собственно катод, выполняемый обычно в виде металлического цилиндра с активированнойвнешней поверхностью. Прямонакальные катоды, как правило, запитываются постоянным током накала, а подогревные могут нагреваться и переменным.Прямонакальные катоды из чистых металлов используютсяотносительно редко. Они применяются в электрометрическихмощных лампах и электронных лампах с высоким анодным напряжением, так как являются наиболее стойкими к разрушению под действием бомбардировки ионов, возникающих за счетионизации остаточных газов в рабочем пространстве.Акrивированные металлические катоды имеют достаточно многоконструктивных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
