Тема: Математическое моделирование эмиссионной системы с полевыми катодами

Под эмиссией понимается испускание электронов из твердого те­ла или какой-либо другой среды . Наибольший интерес представляет эмиссия электронов в вакуум. Тело, из которого испускаются элек­троны, называется катодом. Электроны не могут самопроизвольно по­кинуть поверхность катода, так как для этого надо совершить работу против внутренних сил, удерживающих их на границе раздела катод — вакуум. Таким образом, для того чтобы высвободить электроны из ка­тода, необходимо затратить энергию. По способу, которым эта энергия передается катоду, эмиссионные процессы называются термоэмиссие, когда энергия передается электронам при нагревании катода за счет тепловых колебаний решетки; вторичной электронной эмиссией, когда эта энергия передается другими частицами (электронами или иона­ми, бомбардирующими катод); фотоэлектронной эмиссией, при кото­рой электроны выбиваются квантами света, и т.п. Полевой эмиссией называется явление испускания электронов в вакуум с поверхности твердого тела или другой среды под действием очень сильного элек­трического поля напряженностью E = 107 - 108 В/см . Для того чтобы создать такие сильные электрические поля, к обычным макроскопи­ческим электродам необходимо было бы прикладывать напряжения в десятки миллионов вольт. Практически полевую эмиссию можно воз­будить при гораздо меньших напряжениях, если придать катоду фор­му тонкого острия с радиусом вершины в десятые или сотые доли микрона. Сейчас реализованы условия, когда при микроскопических расстояниях катод - анод, равных единицам или долям микрона, и очень малых радиусах кривизны катода r = 20 — 50 Б (1 В=10-8см) полевую эмиссию удается получать при напряжениях всего в сотни и даже десятки вольт. Среди эмиссионных явлений полевая эмиссия занимает особое место, так как это чисто квантовый эффект, при ко­тором для высвобождения электронов из катода не требуется затрат энергии на сам эмиссионный акт в отличие от термо- , фото - и вторич­ной эмиссии. Полевые катоды находят широкое применение в разно­образных современных вакуумных электронных устройствах. Данный вид катодов обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с термо- и фото катодами — это высокое быстродействие, безынерци- онность, а поток заряженных частиц при полевой эмиссии является моноэнергетичным и ламинарным [1-5].
Благодаря своим замечательным свойствам полевая эмиссия все­гда вызывала большой интерес у прикладных математиков. Однако по настоящему она нашла серьезное применение практически в послед­ние десятилетия. Полевую эмиссию стали использовать в различных элементах вакуумной микроэлектроники: транзисторах, преобразова­телях частоты, усилителях, различного рода прецизионных датчиках давления, регулировки управления микрозазорами и др .
Полевой катод конструктивно представляет собой очень тонкое острие с радиусом кривизны при его вершине, порядка нескольких микро- или нанометров. На РИСУНКЕ 1 представлено изображение полевого острия в микрометровом диапазоне [6]. Придание катоду формы острия позволяет получить при сравнительно небольших на­пряжениях (от единиц до десятков киловольт) интенсивную полевую электронную эмиссию.....
Купить

Представлены математические модели эмиссионных диодных систем с одиночным эмиттером и с двумя одинаковыми полевыми эмиттерами. Влияние полевых эмиттеров на распределение электростатического потенциала заменено влиянием заряженных нитей.
• Распределение электростатического потенциала найдено в виде
разложений Фурье во всей области системы. Коэффициенты рядов вычислены в явном виде.
• Все геометрические размеры системы и значения потенциалов на
электродах представляют собой параметры задачи.
Купить