Катод Спиндта
Другие рефераты
Саратовский государственный университет
Им. Н.Г.Чернышевского
Курсовая работа
Катод Спиндта.
Кафедра Прикладной физики
Научный руководитель:
Мухамедов Р.Ф.
Выполнил студент 5 курса
535гр. Физ. Факультета:
Ярославкин Ю.А.
САРАТОВ 2001.
Содержание:
1. Введение.
2. Автоэлектронная эмиссия.
3. Тонкоплёночные автоэмиссионные катоды. Технология и особенности
протекания эмиссионных процессов.
4. Технология изготовления катодов Спиндта.
5. Плотность упаковки эмиттеров.
6. Время жизни.
7. Заключение.
8. Список литературы.
Введение:
Стремительное развитие деловой жизни и появление новейших цифровых
информационных технологий и устройств отображения информации заставляют
разработчиков третьего тысячелетия совер-шенствовать способы отображения и
передачи информации .
Вакуумная микроэлектроника во многом определила пути реализации самых
смелых идей в использовании информационного пространства. Современного
пользователя невозможно представить без компьютера и программ, на базе
которых строятся современные исследования, разработки и использование
мирового информационного пространства, позволяющего двигать науку
.
Конечно, историю науки пишут сами люди науки. Поэтому никак не
избежать субъективного подхода к изложению дате одних и тех же фактов, к
подбору «значительных событий», к оценке значительности того или иного
специалиста, той или иной работы для развития научного направления: ведь
есть пророни своем отечестве
о которых не знают в отечествах других
.
Основной доклад на первой международной конференции по
вакуумной микроэлектроники сделал Айвор Броди – один из основоположников
этого направления. По мнению Броди вакуумная микроэлектроника приобрела
большое значение благодаря двум факторам общего характера:
1. Возросли требования, которым уже не могут удовлетворить твёрдотельные
приборы, даже после огромных исследовательских затрат, и, кроме того,
2. Специалисты пришли к выводу, что отнюдь не будет непрактичным делать
вакуумные лампы микронных и субмикронных размеров.
Как же по Айвору Броди развивалась вакуумная микроэлектроника? Он
выделяет четыре основных пути её развития, которые привели к сегодняшнему
состоянию.
В начале 20-х годов нашего столетия пробой заявил о себе в периодических
срывах трансатлантических радиопередач, осуществляемых с помощью высоко
мощных ламп Маркони. Госслинг, работавший у Маркони, исследовал этот эффект
и в 1926 году опубликовал работу, в которой высказал гипотезу, что пробой
вызывается электронами с выпуклостями на вольфрамовом стержневом катоде.
Эти выпуклые неоднородности взрывались, вызывая пробой. Как пишет Броди,
обсуждение этих результатов с профессором Фаулером из Кембриджского
университета привело к Нордгейму, получившему средства на исследования, и,
в конечном счете, к уравнению Фаулера – Норд гейма. Открытие того, что
электроны могут вылетать с холодных катодов под действием электрических
полей с высокой напряжённостью, вызвало множество проектов приборов, но
прошло более сорока лет, прежде чем что-то получилось.
Настоящая работа посвящена особенностям технологии изготовления
катодов Спиндта , основанная на методе создания решеток автокатодов, с
использованием тонкопленочной технологии и электронно-пучковой литографии.
Решетки автоэмиссионных катодов, изготовленных из монокристаллов кремния с
применением тонких металлических пленок, обладают техническими
характеристиками, позволяющими их широкое применение в плоских дисплеях,
сканирующих микроскопах и т.п.
Автоэлектронная эмиссия.
Автоэлектронная эмиссия (АЭ) - физическое явление, состоящее в том, что
электроны покидают твёрдое тело, в котором они находятся в качестве
свободных носителей заряда (это может быть металл или полупроводник), под
действием сильного электрического поля, приложенного к поверхности. В
случае автоэлектронной эмиссии электроны преодолевают потенциальный барьер
на поверхности тела не за счет кинетической энергии теплового движения, а
путем специфического квантового явления – туннельного эффекта.
В простейшем случае туннельный эффект заключается в том, что
микроскопическая частица, первоначально находившаяся по одну сторону
потенциального барьера (то есть области пространства, для которой полная
энергия частицы ( превышает её потенциальную энергию Uсх), может с конечной
вероятностью быть обнаружена по другую сторону барьера.
Туннельный эффект является чисто квантовым феноменом и для него
отсутствует аналог в классической механике. Согласно Ньютновской механике
частица с массой m не может находиться внутри потенциального барьера,
поскольку из уравнения для полной энергии следует,
[pic] (1)
что соотношение [pic]выполняется только для мнимых значений импульса р.
Объяснение туннельного эффекта, в конечном счёте, связано с соотношением
неопределённости Гейзенберга, согласно которому квантовая частица
находиться в состоянии с одновременно точно определёнными координатой и
импульсом.
Неопределённости [pic] и [pic]всегда удовлетворяют соотношению
[pic], (2)
где [pic] эрг[pic]с – постоянная Планка.
Согласно этому принципу, слагаемые в правой части уравнения (1) не имеют
одновременно определённых значений и могут отличаться от своих средних
значений. Поэтому имеется конечная вероятность обнаружить квантовую частицу
в запрещённой зоне с точки зрения классической механики области.
Туннельный эффект был одним из первых квантовых явлений, предсказанных
после создания в 1926 году Э. Шредингером волновой механики. По всей
видимости, первое свидетельство его существования можно найти в статье Л.
И. Мандельштама и М. А. Леонтовича, которые рассматривали решение уравнения
Шредингера для
модельного потенциала ангармонического осциллятора вида
[pic] при [pic]и [pic]при [pic].
Волновая функция, описывающая свободное движение частицы слева от
потенциала (при x>a). При этом, когда энергия частицы близка к значениям
дискретных уровней энергии внутри потенциальной ямы, амплитуда волновой
функции справа от нее резко возрастает. Это явление на современном языке
носит название резонансного прохождения через потенциальный барьер.
В 1928 году Г. Гамов с помощью туннельного эффекта объяснил явление
[pic] - радиоактивности тяжёлых ядер, и в том же году Фаулер и Норд гейм
построили теорию холодной эмиссии из поверхности металлов. Туннельный
эффект лежит в основе объяснения таких явлений, как слияние лёгких ядер при
термоядерных реакциях, работы сверхпроводящего перехода Джозефсона и
туннельного диода. Именно Фаулер вместе с Нордгеймом в том же 1928 году
построили теорию холодной эмиссии (автоэлектронной эмиссии) с поверхности
металлов.
На рис.1 приведен график потенциальной энергии электрона вблизи границы
металл – вакуум при отсутствии внешнего поля и при наличии слабого и
сильного внешних полей в зависимости от расстояния от поверхности металла.
Кривые 1,2 и 3 соответствуют
случаям отсутствия внешнего
поля, слабому полю и
сильному полю: d-ширина
барьера. По мере увеличения
внешнего положительного
поля понижается
высота потенциального
барьера над уровнем Ферми
и уменьшается его ширина.
Следовательно, увеличивается
вероятность проникновения
через барьер электронов,
подлетающих к нему со
стороны металла.
Иными словами ,
увеличивается число Рис.1 Поверхностный потенциальный
барьер на границе
раздела металл–вакуум.
электронов, проходящих через барьер, то есть ток автоэмиссии. Подчеркнем,
что в случае автоэмиссии с поверхности металла, электрическое поле не
проникает в глубь него и не влияет на движение электронов в металле. Роль
внешнего поля сводиться только к изменению формы потенциального барьера,
уменьшению его высоты и ширины.
Тонкопленочные автоэмиссионные катоды
Технология и особенности протекания эмиссионных
процессов.
Исключительно важной для всего развития вакуумной микроэлектроники стала
статья Спиндта с сотрудниками из Стэндфордского исследовательского
института, опубликованная в 1976 году в журнале Journal of Applied Physics.
В ней был описан метод создания решёток автокатодов с молибденовыми
остриями с использованием тонкоплёночной технологии и электронно-пучковой
микролитографии, а также были приведены результаты подробного
экспериментального исследования полученных автокатодов. Разработанная
технология позволяла изготавливать катоды, содержавшие до 5000 острий с
радиусом скругления около 500 A и плотностью упаковки примерно [pic]
Тонкоплёночный катод с полевой эмиссией представляет собой сэндвич:
проводник-изолятор (рис.2) . Верхний проводник или сетка имеет отверстие от
1 до 3 мкм в диаметре, сквозь которое протравлено отверстие до нижнего
проводника. На подложке находится конусообразный эмиттер, его вершина
располагается в отверстии сеточной пленки. Размеры для одного из
изготовленных катодов приведены на рисунке.
Рис. 2 Схематическое изображение тонкоплёночно
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
