Н.В. ТАТАРИНОВА, Д.Н. СИНЕЛЬНИКОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Низкополевая эмиссия заряженных частиц
Показано, что эмиссия с ненакаливаемых катодов обусловлена процессами в дефектах поверхности типа пор, а не автоэлектронной эмиссией.
В последнее время большое внимание уделяется разработке ненакаливаемых катодов на основе наноструктурированных материалов. Эти работы актуальны в связи с созданием плоских дисплеев, обладающих высокой яркостью и низким энергопотреблением. С помощью различных технологий на поверхности катода создаётся множество острий, которые, по мнению авторов, являются центрами полевой (автоэлектронной) эмиссии[1].

Роль полевой эмиссии считается настолько бесспорной, что не принимается во внимание тот факт, что для появления этой эмиссии коэффициенты усиления внешнего поля на остриях должны быть 10² – 10³. Действительно в некоторых работах [2, 3] с ненакаливаемых катодов регистрируются токи j>100 мА/см² при напряженности внешнего поля 10⁴ В/см.

Вычисленные значения параметров предполагаемой полевой эмиссии имеют нереальные значения (например работа выхода [1], размер острий и т. д.). При более тщательном исследовании ненакаливаемых катодов некоторые авторы[4] показывают «наличие количественного несоответствия параметров эмиссионных центров, рассчитанных в соответствии с теорией Фаулера-Нордгейма (Ф-Н): аномально высокие плотности токов и низкие пороги эмиссии. Данное несоответствие указывает на возможность существования других механизмов эмиссии.

Такими механизмами могут быть процессы в дефектах поверхности катода типа пор [5]. Основанием для этого служит большая пористость рассматриваемых катодов, наличие линейного начального участка ВАХ, влияние размеров пор, длины вакуумного промежутка, отсутствие эмиссии с диэлектрической поверхности, относительная стабильность токов в техническом вакууме (~10^-5 мм рт. ст.) и т. д. Более того, некоторые эксперименты показали отсутствие влияния специально созданных острий. Так в работе [6] была создана многоострийная структура на фотокатоде с коэффициентом усиления внешнего поля β=400. Этот коэффициент вычислялся по общепринятой формуле β=h/r, где h-высота острия, r-радиус острия. Однако при напряженностях внешнего поля (1-3)10⁵ В/см острия не были эмиссионными центрами. На люминесцирующем аноде: видны были линии, дуги различной конфигурации, т. е. наблюдалась эмиссия с различных дефектов подложки (виде трещин, пор).

В работах [7] было также показано отсутствие влияния острий на пористом катоде. Сначала была измерена ВАХ вакуумного промежутка, затем напряжение было увеличено до появления микроразрядов, которые проплавили анод из фольги. Жидкий металл падал на катод и в электрическом поле появлялись острия высотой 0,9мм, и вакуумный промежуток в 1мм уменьшился для острий до 0,1мм. Однако ВАХ практически не изменилась. По общепринятой методике коэффициент усиления на остриях был не менее β=300.

Существует ещё ряд доказательств, которые подтверждают, что при реально достигнутых напряженностях внешнего постоянного поля 10⁵ -10⁶ В/см токи в вакуумном промежутке не являются токами автоэлектронной эмиссии.

Становится под сомнение правильность определения коэффициента усиления внешнего поля на предполагаемых остриях. С этой целью были рассчитаны электрические поля между плоскими электродами на расстоянии 1-0.1мм. На одном из электродов имелось остриё высотой h=10мкм и радиусом 0.5мкм. Оказалось, что β не превышает 10 и отсутствует зависимость β от расстояний между электродами (d). Следует отметить, что из графиков Ф-Н измеренных токов зависимость β= f(d) существует в широких пределах d. Предполагается проведения этих работ с более точной методикой.
Список литературы
1. Самойлович М. И., Белянин А. Ф. Слоистые ненакаливаемые катоды на основе наноструктурируемых матералов. Материалы 3 конференции «Вакуумная наука и техника» Украина, 2005, с 160-164.

2. Кан Х. С. Кульварская Б. С. Баранова В. И., и др. «Исследование и изыскание эффективных источников электронов для газоразрядных приборов и практика их применения. Известия Акдемии Наук (серия физическая), т49, №9, с 1708-1711.

3. Паетов Н. Новая форма полевой эмиссии на металлических поверхностях с напылеными на них изоляционными материалами. Zeitschrift fur Physik, 117, 1941, с5..

4. Захидов А. А., «Автоэлектронная эмиссия из наноуглеродных материалов», автореферат на соиск. уч. ст. к. ф.-м. н., МГУ, физический ф-т., 2006 г.

5. Татаринова Н. В. Вакуумная электроизоляция (обзор). Вакуумная техника и технология. т. 13 №1 2003, с 3-29.

6. Яценко А. Ф., Кулешова Г. Г., Старовойтова Л. Н. Особенности низкополевой электронной эмиссии, Известия Академии Наук СССР (серия физическая) т.52, №8, 1988 ,с 1530.

7. Tatrinova N. V. Grigoriev Yu. V, The total voltage-current effect for porous electrod;es, IEEE Transactions on Dieletric and Electrical Insulation V2 №2, 1995, p 277.