Введение к работе
Актуальность работы. Одним из основных факторов, снижающих качество электронного изображения современных микроканальных инверсионных электронно-оптических преобразователей (ЭОП) 2-го поколения, признан обратный поток положительных ионов остаточных газов, эмитируемый микроканальной пластиной (МКП). Он возникает в результате возбуждения и ионизации атомов газов, десорбирую-щихся в каналах МКП под воздействием электронной бомбардировки. Образующиеся при этом положительные ионы ускоряются в сторону * отрицательных" концов каналов, покидают их и движутся в направлении к катоду, при соударении с которым вызывают с его поверхности паразитную ионно-электронкую эмиссию. Данный фактор становится более значимым, поскольку в современных ЭОП все большее применение находят МКП без барьерной алюминиевой пленки на входной поверхности.
В настоящее время основными методами борьбы с обратными положительными ионами признаны такие как, жесткое обезгаживание МКП и ЭОП, создание с помощью электронно-оптической системы положительного электрического барьера на пути следования ионов из каналов МКП к фотокатоду, применение эффективных газопоглотителей и некоторые другие. Среди перечисленных мер нейтрализация ионного потока с помощью электронно-оптической системы (ЭОС), как показал анализ, является весьма
эффективной. Однако следует отметить, что при автоматизированной разработке ЭОП по-прежнему основное внимание уделяется анализу траекторий рабочих фотоэлектронов, определению напрямую связанных с ними параметров преобразователя, их оптимизации, при этом поведение ионов не исследуется. Средства САПР, разработанные и давно используемые при конструировании ЭОП, не позволяют наряду с рабочим фотоэлектронным потоком исследовать траектории ионов остаточных газов, а следовательно оптимизировать ЭОС с точки зрения эффективного воздействия на них. Отсюда следует, что существует необходимость в совершенствовании САПР ЭОП, что даст возможность создавать ЭОС ЭОП, удовлетворяющие самым высоким требованиям не только с точки зрения формирования фотоэлектронного потока, но и в плане наиболее эффективного воздействия на подавляющее большинство обратных положительных ионов.
Цель диссертации состоит в разработке математических и программных средств проектирования системы нейтрализации, обратных положительных ионов, эмитируемых МКП в ЭОП, проведении соответствующих исследований ЭОС и создании технологичной конструкции ЭОС ЭОП, эффективно нейтрализующей ионы.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- исследование библиотеки математических моделей физических полей и процессов переноса в электронных приборах и разработка математических
моделей электростатического поля ЭОС ЭОП и поведения ионов остаточных газов, эмитируемых МКП, с определением и заданием граничных и начальных условий;
разработка алгоритма оптимизации ЭОС ЭОП с точки зрения эффективной нейтрализации ионов и определение критериев оптимальности;
разработка и реализация алгоритма расчета и анализа траекторий обратных ионов в микроканальном инверсионном ЭОП;
анализ различных методов устранения обратной ионной связи в ЭОП посредством ЭОС и выработка рекомендаций по их применению в САПР.
Методы исследования. В работе использованы методы моделирования на ЭВМ; методы теории электростатического поля; численные итерационные методы решения линейных алгебраических уравнений; статистические методы обработки результатов экспериментов, включающие регрессионный и многофакторный анализ, метод наименьших квадратов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- соответствием результатов теоретических и
экспериментальных исследований;
работоспособностью созданного алгоритма процесса нейтрализации обратных ионных потоков;
результатами внедрения разработанных
математических и программных средств в практику
автоматизированного проектирования ЭОП.
Научная новизна работы заключается в 5
разработке:
математической модели поведения ионов остаточных газов в электростатическом поле ЭОП;
модели оптимизации ЭОП с точки зрения эффективной нейтрализации положительных ионов и ее реализации в САПР;
- методов снижения обратной ионной связи в
ЭОП;
- моделей и алгоритмов, позволяющих определять
углы влета фотоэлектронов в каналы МКП в ЭОП
различных конструкций;
методики, позволяющей повысить
эффективность контроля чистоты поля зрения МКП с алюминиевой пленкой на входной поверхности.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
на основе полученных математических моделей разработан и реализован алгоритм расчета траекторий обратных положительных ионов в микроканальном ЭОП;
построенная на основе предложенных моделей система автоматизации проектирования ЭОП позволяет создавать новые ЭОС, эффективно нейтрализующие подавляющее большинство обратных положительных ионов;
разработанные алгоритмические и программные средства, позволяют конструировать ЭОП в более короткие сроки и с повышенным до 5-6 значением величины сигнал/шум при освещенности фотокатода, составляющей 1*10"5 лк.
- материалы диссертации могут быть использованы в учебном процессе с целью освоения студентами новых методов и приемов автоматизированного проектирования ЭОП.
Реализация результатов работы.
Разработанные методические, алгоритмические и программные средства внедрены на ГП Л,Гран" в процесс проектирования и производства ЭОП; а теоретические положения - в учебный процесс специальности ЛУ Электронные приборы и устройства" в Северо-Кавказском государственном технологическом университете.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены и обсуждены на научно-технических, конференциях СКГТУ (1995 - 1998 г.г.) .
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей и получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем диссертации 174 стр., в том числе 43 рисунка, 4 таблицы, список литературы из 7 4 наименований, приложения на 12 стр.
