Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИИ 9
1.1. Автоэлектронные катоды различных типов 9
1.2. Стабильность работы автоэлектронных катодов 22
1.3. Автоэлектронные катоды на основе многоост-рийных систем нитевидных кристаллов 31
1.4. Вопросы механизма и кинетики роста нитевидных кристаллов 36
1.5. Постановка задачи диссертации 42
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГООСТРИЙНЫХ СИСТЕМ НИТЕВИДНЫХ И ДЕНДРИТНЫХ КРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ ИХ КАРБОНИЛОВ В УСЛОВИЯХ РАЗРЯДА В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИХ ЭМИССИОННОЙ СПОСОШОСТИ 45
2.1. Задачи главы 45
2.2. Разработка методики получения многоострийных систем W , Мо, С г - дендритов в разряде в парах Me(CO)fi в сильных электрических полях и сравнительная оценка их эмиссионной способности 47
2.3. Исследование кинетики и механизма роста дендритных систем на основе вольфрама
2.4. Исследование оптимальных условий формирования дендритных систем на основе вольфрама и выяснение их связи с эмиссионной способностью 65
2.5. Выводы из главы 2 77
ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМ РОСТА НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ 79
3.1. Задачи главы 79
3.2. Условия эксперимента и результаты 80
3.3. Обсуждение результатов 94
3.4. Выводы из главы 3 «.103
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ШГОООТИЙШХ АБТОЭЛЕКТРОННЫХ КАТОДОВ НА ОСНОВЕ ДЕВДРИТОВ ВОЛЬФРАМА ДЛЯ РАЗЛИЧНОГО ПРИМЕНЕНИЯ В ВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОВИКЕ 104
4.1. Задачи главы 104
4.2. Формирование низковольтных автоэлектронных эмиттеров 106
4.3. Разработка принципа параллельного формирования одновременно работающих автоэлектронных эмиттеров и его использование при создании вакуумных люминесцентных индикаторов ячеистой структуры III
4.4. Пути увеличения общего уровня автоэлектронного тока при параллельной работе эмиттеров 119
4.5. Выводы из главы 4 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 128
- Автоэлектронные катоды различных типов
- Разработка методики получения многоострийных систем W , Мо, С г - дендритов в разряде в парах Me(CO)fi в сильных электрических полях и сравнительная оценка их эмиссионной способности
- МЕХАНИЗМ РОСТА НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ
- Формирование низковольтных автоэлектронных эмиттеров
Введение к работе
Прогресс в развитии вакуумной электроники, охватывающей приборы с управляемыми потоками электронов и ионов в вакууме, связан с изысканием новых, более эффективных механизмов получения эмиссии заряженных частиц, новых источников свободных электронов - катодов. В настоящее время убедительно доказана перспективность использования в качестве источников заряженных частиц полевых электродов, работающих на основе явлений автоэлектронной и взрывной эмиссий, автоионизации и полевой десорбции. Преимущества, связанные с применением в электровакуумных приборах автоэмиссионных источников электронов по сравнению с другими типами катодов, хорошо известны. Высокая плотность эмиссионного тока при малых значениях энергетического разброса электронов, безынерционность, экономичность и другие свойства позволяют открыть качественно новые возможности в создании приборов электронной техники и развитии физических методов исследования. Однако практическое использование эмиттеров наталкивается на ряд серьёзных проблем, связанных с трудностями в преодолении недостатков автоэлектронных катодов.
К наиболее существенным недостаткам таких катодов, препятствующим их широкому внедрению в электронную технику, следует отнести: малые значения полного тока, составляющие обычно величины порядка единиц микроампер, недостаточные для работы катодов в электровакуумных приборах широкого применения; высокие значения управляющих напряжений, приводящие к трудностям при работе и использовании электронных потоков большой энергии; нестабильность эмиссионных свойств катодов, их недостаточная надёжность и малый срок службы ( - зависящий, в основном, от качества вакуума в приборе ); - трудности в создании воспроизводимой технологии получения эмиттеров с повторяемыми характеристиками.
Одним из основных недостатков автокатодов является недостаточная стабильность эмиссии при длительной эксплуатации. Задача повышения стабильности и срока службы автоэлектронных катодов может быть решена и решается в настоящее время при обеспечении сверхвысокого вакуума в области эмиттера. Однако необходимые для этого давления остаточных газов порядка Ю"10 * КГП Торр доотшиш только в лабораторных условиях и затраты на получение сверхвысокого вакуума в приборах, где возникает необходимость в использовании автоэлектронных катодов, бывают порой неоправданными.
Другим направлением повышения стабильности работы автоэлектронных эмиттеров являются пути снижения потенциала возбуждения автоэлектронной эмиссии и снижения плотности отбираемого тока.
Поэтому задачи создания стабильных автоэлектронных эмиттеров предусматривают разработку технологических принципов, обеспечивающих надёжное формирование низковольтных эмиттеров ( управляющее напряжение сотни вольт ) со стабильной эмиссией при работе в техническом вакууме ( 10~7 Торр ) и технологическую воспроизводимость параметров катодов ( независимо от квалификации оператора ).
Задача разработки сильноточных, низковольтных стабильных автоэлектронных эмиттеров решается путём создания эффективных эмитирующих поверхностей больших размеров. Это возможно при использовании многоострийных систем со значительным числом одновременно работающих эмиттеров.
Представляется перспективным создание автоэлектронных катодов на основе многоострийных систем нитевидных кристаллов, поскольку многоострийные системы позволяют получить большие общие значения токов и при соответствующей геометрии единичных эмиттеров снизить рабочие напряжения до значений, характерных для обычных электронных приборов. Идея использования многоострийных систем нитевидных кристаллов в качестве автокатодов реализуется в ряде работ /"41, 81, 82, 112 J, Однако проблема создания низковольтных автокатодов со стабильной эмиссией для работы в стационарном режиме полностью ещё не решена [ 9 J. Наиболее перспективным для решения поставленных задач нам представляется использование многоострийных систем нитевидных кристаллов и их дендритных образований тугоплавких металлов, получаемых при разложении гексакарбонилов металлов в условиях разряда в сильных электрических полях /"I2I-I27./. Предлагаемый способ получения многоострийных систем интересен возможностью создания на его основе управляемого процесса формирования катодов.
Проблема разработки технологических принципов формирования сильноточных, низковольтных автоэлектронных эмиттеров на основе управляемого выращивания систем нитевидных кристаллов и их дендритных образований предусматривает углублённое исследование процессов зарождения и роста нитевидных кристаллов, механизма их роста. Сам механизм роста нитевидных кристаллов интересен и в теоретическом плане для физики кристаллизации в целом возможностью вскрыть особенности роста кристаллов в условиях конденсации атомов металлов при высоком вакууме в электрическом поле и без поля, по методу "пар-жидкость-кристалл", в электрическом разряде в парах карбонила и др.
Задачи, решаемые в диссертационной работе, можно сформулировать следующим образом: - разработка методики исследования дендритов тугоплавких металлов и условий их формирования для оптимизации их по эмиссии; исследование кинетики и механизма роста систем нитевидных кристаллов и создание на его основе управляемого процесса формирования многоострийных автоэлектронных катодов; создание технологических принципов формирования низковольтных автоэлектронных эмиттеров на основе дендритов тугоплавких металлов для различного применения в вакуумной электронике.
В результате выполненного исследования сформулированы следующие научные положения. І. В основе механизма роста дендритных образований нитевидных кристаллов вольфрама при разложении гексакарбонила вольфрама в разряде в сильных электрических полях так же, как и для других нитевидных кристаллов, выращенных из пара, лежит диффузионный принцип роста с различием лишь в способе подвода материала к растущему кристаллу.
2. При большой скорости подвода материала к растущему кристаллу установлены две стадии роста - бстрая и медленная; скорость роста нитевидных кристаллов на начальном этапе достигает аномально высоких значений(порядка 10 см/с); при этих скоростях роста выделение теплоты кристаллизации приводит к перегреву нитевидного кристалла и прекращению быстрой стадии роста.
3. Скорость осаждения материала на подложку при росте нитевидных кристаллов является определяющим фактором, влияющим на исходные параметры многоострийного катода на основе нитевидных кристаллов и является регулятором управления процессом роста.
В результате выполненных исследований предложена модель роста нитевидных кристаллов с учётом энергетики процесса кристаллизации, проанализированы стадии роста и механизм их смены. Это позволило определить технологические принципы формирования микрорельефа многоострийных низковольтных автоэлектронных эмиттеров на основе дендритов вольфрама для стационарного режима с достаточно высокой технологической воспроизводимостью. Предложенные решения создания низковольтных автоэлектронных эмиттеров защищены авторским свидетельством. Результаты исследования могут быть использованы при создании приборов с автоэлектронными катодами для различных целей: вся проделанная работа была направлена не только на решения ряда теоретических вопросов, но и на ускорение промышленного использования автоэлектронных ( полевых ) эмиттеров данного типа.
ГЛІША І ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИИ І.І. Автоэлектронные катоды различных типов
Автоэлектронная эмиссия представляет собой явление испускания электронов твердыми и жидкими образцами,помещенными в сильное электрическое поле (отсюда другое её название - полевая эмиссия). Этот вид эмиссии был впервые обнаружен Р.Вудом в 1897 г. Впервые теоретическое объяснение природы автоэлектронной эмиссии, с точки зрения волновых свойств электрона, получившее хорошее экспериментальное подтверждение, было дано Фаулером и Нордгеймом в 1928 г. Основные положения теории автоэлектронной эмиссии и экспериментальное их подтверждение опубликованы в ряде учебников и работ обзорного характера /"1-7 7.
В настоящее время наряду с расширением исследований автоэлектронной эмиссии, как физического явления, выделилось новое направление, связанное с практическим использованием этого вида эмиссии и разработкой эффективных автоэлектронных катодов /"9 /. Такие эмиттеры, по сравнению с широко используемыми термоэлектронными катодами, обладают рядом известных преимуществ, наиболее существенными из которых является отсутствие необходимости подведения мощности для возбуждения электронов. Несомненными достоинствами автоэлектронных катодов являются малое время готовности, высокие значения крутизны вольт-амперной характеристики, малые размеры катода при огромных плотностях тока, достаточная устойчивость к воздействию проникающей радиации и др.
Успехи в области автоэмиссионной электроники могут привести к созданию ряда экономичных электровакуумных приборов, способных эффективно заменить в некоторых областях приборы с термоэлектронными катодами, открыть качественно новые возможности в создании приборов электронной техники и развитии физических методов исследования.
Началом практического применения автоэлектронной эмиссии можно считать создание в конце 30-х годов автоэлектронного микроскопа-проектора: автоэлектронные катоды в виде металлических острий, помещенных в сферическом приборе с экраном, получили широкое применение в ряде важнейших исследований твердого тела: кристаллографической анизотропии эмиссии и адсорбции, поверхностной миграции адатомов, их испарения и т.д. /"5, 7, 13 _/. Разрешающая сила в этих приборах позволяла вести наблюдения над поведением даже отдельных молекул. Интересные работы, проведенные с^ помощью электронного проектора, позволили оценить анизотропию работы выхода электронов у граней кристаллов ряда металлов и изучить влияние на неё адсорбции различных атомов /"7, 8, 13, 86 7. В послевоенное время были активно предприняты попытки по использованию автокатодов для получения потока свободных электронов большой плотности и использования их в мощных импульсных рентгеновских приборах и приборах СВЧ диапазона [ 14 - 18_/, электронно-лучевых приборах, обладающих повышенной яркостью свечения и высокой разрешающей способностью. Заслуживают определенного внимания работы последнего десятилетия по реализации микроострийных матричных элементов методом пленочной технологии /"19 - 21 J для использования их в качестве активных элементов вычислительных устройств.
Первые отечественные работы по автоэлектронной эмиссии принадлежат Лукирскому /"10, II /. Работы Зернова и Елинсона [12 _/, а позже Елинсона и сотрудников [1 J послужили началом систематическому изучению автоэлектронных катодов в нашей стране. Эти - II - работы были направлены в основном на исследование факторов, определяющих стабильность автоэлектронной эмиссии в отношении влияния таких факторов, как адсорбция посторонних атомов, ионной бомбардировки и катодного распыления и т.д.; были предложены "электрические затворы", препятствующие катодному распылению эмиттера, а также предложены новые материалы для автоэмиттеров, более устойчивых, чем вольфрамовые (рений, гексабарид лантана, хром). Последующие исследования были направлены, главным образом, на решение задачи повышения общего тока автоэлектронной эмиссии и устранению причин её нестабильности. Исследованиями по реализации автоэлектронных катодов с предельно большой плотностью тока /~22 - 29 J установлено, что предельная плотность тока обычно не превышает 10 A/cwr; такая плотность тока достижима лишь в импульсном режиме. При длительном же отборе тока высокой плотности эмиттер сильно нагревается и теряет свою механическую прочность. Процессы, приводящие к гибели автокатода, в этом случае развиваются лавинообразно, приводя к вакуумному пробою и срыву кончика острия - эмиттера. Поэтому возможности увеличения общего тока за счет повышения его плотности ограничены (ток с острий не превышает нескольких микроампер). Однако при о малых размерах эмиттера ( < 100 А ) /"30 - 33 J ) плотность тока автоэлектронной эмиссии может достигать 10 - 10 A/cwr, но при этом эмитирующая площадь катода мала и роста общего уровня тока не наблюдается.
Одной из возможностей повышения общего уровня тока является увеличение эффективной эмитирующей площади катода. Впервые на возможность использования системы острий в целях увеличения общего уровня тока указал Дайк /"6.7. Последующему систематическому исследованию многоострийных систем посвящено довольно много работ /"I, 18, 34 - 44 J7. Однако до настоящего времени многоострийные автоэлектронные катоды не получили широкого распространения из-за неизбежного разброса радиусов закругления острии, что ведет к их неравномерной токовой нагрузке, нестабильности и невоспроизводимости уровня эмиссии. Увеличение общей эмитирующей поверхности возможно также при использовании лезвийных эмиттеров /"60 - 68 _/. Кратко рассмотрим различные предложенные типы автокатодов.
А. Острийные (игольчатые) и "лепестковые" автокатоды.
Для многочисленных приложений, примерами которых могут служить растровые электронные микроскопы, рентгеновские микроанализаторы, некоторые типы электронно-лучевых приборов, приборов СВЧ и т.д. широкое распространение получили острийные (игольчатые) автоэлектронные катоды. Они представляют собой конусообразные острия из материалов, обладающих высокой механической прочностью /"44 ] и устойчивостью к ионной бомбардировке .
Металлические автокатоды изготавливаются методом электрохимического травления тонких проволок в объеме электролита [ 45 J или в капле [I_/. Схемы указанных способов травления описаны в работе /"46_/. Исследование формирования острии в процессе травления в электролитических ваннах показали, что конечная форма острия определяется пространственным распределением концентрационного слоя, состоящего из продуктов реакции на аноде, и зависит от состава, концентрации, температуры электролита и материала образца. Показано, что процесс газовыделения при травлении, являющийся основной причиной плохой воспроизводимости формы острии, можно практически полностью исключить правильным подбором режима травления. '
Метод травления в капле широко используется в исследова- - ІЗ - тельской практике, но для него характерна низкая воспроизводимость геометрии получаемых острий. Во многом это связано с зависимостью формы острия от величины и конфигурации капли. Размер капли и её форма меняются от образца к образцу, так как зависят от взятого количества раствора, смачиваемости пластин и заготовки и др.
Попытка стандартизировать каплю и уменьшить её толщину сделана в /"47 Jt где предлагается заливать электролит между двумя пластинами с соосными отверстиями. Регулируя величину зазора можно менять толщину капли. Однако и в этом случае не удается добиваться постоянного размера капли.
Для исключения влияния размеров капли на форму острия был предложен способ травления в трехслойной ванне [ 48 J'. Заготовка для изготовления острия погружается в ванну со ртутью, являющуюся жидким контактом. Травящий состав наливается в виде тонкого слоя на непроводящую жидкость с большим удельным весом (слой четыреххлористого углерода). Вторым электродом служит платиновая проволока, введенная в электролит. Непроводящая прослойка обеспечивает автоматическое прекращение травления. Недостатком способа является необходимость подбора несмешивающейся и нереагирующей с электролитом жидкости. Кроме того, в процессе перетравливания не удается сразу получить требуемую геометрию острия, а дополнительное дотравлива-ние снижает воспроизводимость результатов. С целью совмещения достоинств методов травления в капле и трехслойной ванне и устранения недостатков этих методов предложены новые виды ванн для изготовления острий /"49, 50_/. В случае использования двойной ванны [ 50 J травление идет в слое электролита, налитого в сосуд с отверстием в днище. Основная трудность при работе с подобными ячейками связана со скоплением продуктов реакции в отверстии и замедлением травления; для устранения этих явлений предложена прокачка электролита, что дополнительно усложняет процесс и снижает воспроизводимость результатов.
Большей воспроизводимостью геометрии острий, возможностью регулировки и контроля за процессом травления при использовании различных электронных схем, которые отключают питание по окончании процесса травления отличается способ травления заготовок в объеме электролита /"45, 51 - 53_/. Образование острия в этом случае происходит за счет явления преимущественного травления проволоки вблизи границы электролит - воздух.
Для устранения загрязнения автокатодов при их изготовлении, а также использования токсичных травителей, что практически неизбежно при электрохимической обработке, предлагается способ изготовления.острийных автокатодов в тлеющем разряде ^54 7.
Метод изготовления острийных катодов без заготовок из металлической фольги с использованием фотолитографии для обеспечения избирательного электрохимического травления и получения острий без приварки острия к дужке описан в /"55, 56J.
Большой интерес в последнее время проявляется к автоэлектронным катодам из графитовых волокон, обладающих устойчивыми и воспроизводимыми эмиссионными характеристиками /"42 - 44 J', Такие волокна диаметром около 5-8 мкм используются в качестве автоэмиттеров без дополнительной обработки. Автокатоды из углеродных волокон успешно работают при вакууме
10 Торр, причем с отдельного волокна можно снять ток 100 мкА, а с пучка волокон 1-1,5 мА. Однако такие эмиттеры все же обладают плохо воспроизводимыми характеристиками и требуют особой треникровки. В /"44 ] описан способ заострения графитовых волокон с помощью электрического разряда.
Был предложен "стержневой" автокатод из графита /"43_7. Это - многоострийный катод. fB нашей лабораторной практике эти катоды получили название "лепестковых", так как индивидуальными эмиттерами здесь являются пластинки графита, выходящие на поверхность. Они могут быть названы и "лезвийными" (см. след. раздел)._7 Они также способны устойчиво работать в вакууме 10 Торр и токоотбор с них достигает 400 мкА (при напряжении 3 -г 5 кВ). Вследствие случайного распределения михронеровностей на стержне свежеприготовленные катоды дают разброс в своих характеристиках. Тренировка может устранить этот недостаток, но смещает вольт-амперную характеристику в область более высоких напряжений.
В работе ["57 J предложен комбнированный эмиттер из металлического острия и графита. Комбнированный автоэмиттер, представляющий собой тонкую кварцевую нить с напыленным на неё слоем металла /~58_7, обеспечивает эмиссионный ток 10 А при напряжении 1,5 - 2 кВ.
Интерес представляют автокатоды из стеклографита, которые позволяют избежать недостатков, свойственных графитовым автокатодам; в то же время они обладают рядом положительных свойств, основное из которых - возможность устойчивой работы в относительно низком рабочем вакууме /~59_7.
Несмотря на то, что плотность тока одноострийных авто-эмиттеров может достигать очень больших величин, полный ток острия из-за малых размеров эмитирующей площади невелик и не превышает нескольких микроампер. Поэтому для получения больших абсолютных значений тока необходимо тем или иным способом раз- вивать эмитирующую поверхность, сохранив её высокую кривизну; примерами могут быть упомянутые выше катоды из пучка углеродных волокон и "стержневой" катод из графита. Известно вообще два способа получения автокатодов с достаточно большой эмитирующей поверхностью - развитие поверхности в одном измерении при формировании электродов в виде лезвий /"60 - 68_7 и использование различного рода многострийных систем /"I, 6, 18, 34 - 44 J.
В последнее время возник интерес к созданию острийного катода из жидкого материала анодное напряжение вытягивает такое острие и стимулирует автоэмиссию с него. По-видимому, здесь можно обеспечить хорошую воспроизводимость от одного образца к другому и высокую устойчивость при изменении давления остаточных газов в приборе. Однако получение острий из жидкого материала находится еще в стадии разработки.
Б. Лезвийные и пленочные катоды.
Лезвийные катоды изготавливаются из лезвий различной формы. Обычно такие катоды представляют собой набор дисков /"60, 61 / или прямых лезвий /"62 ]. Исследования автокатодов из различных материалов ( \4 7Ь , Wb , Си ) /"63_/ показали, что обеспечить равномерную эмиссию таких катодов практически невозможно. Эмитирующая площадь оказывается при этом намного меньше действительной площади края лезвия.
Пленочные автоэлектронные катоды с развитой эмитирующей поверхностью, имеющей величину на несколько порядков больше, чем острийных и лезвийных катодов, исследовались в /"64, 65_/. Срок службы таких катодов при небольшой плотности автоэмиссии до 10 А/см достигал 200 часов, что значительно выше сущест- вующих типов острийных катодов /"65 - 67 _/. Исследования работы пленочного автокатода из хрома в непрерывном и импульсном режимах /"68 J показали, что в непрерывном режиме устойчивая работа автокатода достигалась при отборе тока вплоть до 500 мкА, а в импульсном - 10 мА. Испытания на долговечность в импульсном режиме такого катода продолжались более 100 ч; при этом никакого изменения тока не обнаружено.
В. Многоострийные (матричные) автокатоды.
Эти автокатоды представляют собой подложку с большим числом острий, размещенных на ней. Такие системы представляют собой либо порознь изготовленные отдельные катоды, скрепленные в единую систему, либо изготовленные путем одновременного травления всех острий заготовки типа "гребенка" или их набора. Для одновременного травления большого количества острий методы электрохимического заострения одиночных острий, рассмотренные ранее, не применимы. Для этой цели в /"69 J предложена двухслойная ванна из инертной и проводящей жидкостей.
Успешному использованию многоострийных систем препятст-'вует сильная неоднородность эмиттеров по радиусам закругления вершин и углам конуса,что приводит к разной токовой и тепловой нагрузке отдельных эмиттеров. С целью устранения разброса параметров отдельных острий в системе применяются различные технологические приемы при их изготовлении (например, колебания уровня электролита относительно заготовок /"39 J или методы термополевой обработки системы острий при таких напряжениях и температурах, при которых испарение материала с поверхности острия превалирует над его диффузией на рабочую поверхность /"40_7 ). Равенство токов можно обеспечить, если добиться равенства коэффициентов усиления электрического поля на вер- шинах всех острий системы в пределах I % /"35, 40 J. Для выполнения этого условия необходимо получить очень точное совпадение геометрических параметров отдельных элементов многоострийной системы.
В /"70 J проведен численный анализ суммарной автоэмиссии множества острий без учета взаимной экранировки. Показано, что суммарная автоэмиссия множества острий подчиняется закону Фаулера-Нордгейма. Однако с увеличением напряженности поля эффективная величина коэффициента усиления электрического поля уменьшается, а эффективная эмитирующая площадь возрастает, что свидетельствует о влиянии взаимного экранирования острий. Эффект экранирования может приводить к тому, что даже при совпадении формы отдельных острий полный ток не будет увеличиваться пропорционально числу острий, а при очень плотной упаковке начинает уменьшаться. Поэтому существует некоторая оптимальная плотность размещения элементов, для которых ток, отбираемый с единицы площади или длины электрода, максимален. В /"35, 71, 72 J7 определены оптимальные соотношения геометрических размеров острий и расстояния между ними, сводящие взаимную экранировку острий к минимуму.
Методы изготовления многоострийных систем путем набора отдельных острий или их групп ("гребенок") в единую систему несовершенны и не могут обеспечить высокой технологической воспроизводимости, а также больших значений эффективной эмитирующей площади и низких потенциалов возбуждения эмиссии. Эмиссионные характеристики многоострийных систем во многом определяются совершенством метода, использованного для получения игольчатых элементов на этапе формирования микрорельефа автоэлектронного катода.
Для получения многоострийных систем применимы методы избирательного напыления материала на подложку /"73.7, либо избирательного вытравливания подложки в глубину /~74, 75 _/, использующие фотолитографическую технологию. Таким путем удается получить иглы микронных размеров из различных материалов, включая тугоплавкие металлы. Технология получения многоострийных систем подобными методами сложна, данных об идентичности элементов системы в литературе не приводится.
Наиболее технологичным представляется использование процесса направленной кристаллизации эвтектических сплавов, позволяющего получать структуру эвтектики, содержащую тонкие параллельные нитевидные элементы. Торцы нитевидных элементов могут быть выделены селективным вытравливанием матрицы и, если это нужно, могут быть заострены. Так была получена система стержней вольфрама диаметром — 2 мкм, высотой до 25 мкм на никелевой матрице /"76 - 78 у. Однако элементы таких матриц /"76 J значительно отличаются по геометрии и неоднородно расположены по площади. Равномерной эмиссии по всей площади получить не удалось, данных о технологической воспроизводимости параметров многоострийных систем не приводится.
Оригинальный способ получения многоострийных систем предложен в /"79 _7. Напылением в вакууме через затеняющую маску на подложку наносится вспомогательный матерная. При определенной температуре в точках конденсации напыленного материала образуется жидкая эвтектика. Далее к поверхности подаются пары вещества подложки и на островках жидкой эвтектики происходит кристаллизация основного вещества. Кристаллы образуются в виде конусообразных игл правильной формы, расположенных перпецдику-лярно подложке. Плотность игл I - 5 на I мм ; диаметр острия порядка І мкм.
Перспективным методом изготовления многоострийного катода матричного типа является пленочная технология /"19, 80J. Автоэмиттеры формируются в отверстиях диэлектрической матрицы на проводящем основании. Расстояние между центрами полостей может составлять ~6 мкм. Над диэлектрической матрицей располагается вытягивающий электрод - пленка с отверстиями над полостями матрицы. Формирование острия производится прямым напылением материала вещества на подложку при одновременном косом напылении (при вращении подложки) защитного вещества, постепенно закрывающим отверстие над полостью с растущим острием. Формирование острий в полостях матрицы заканчивалось при окончательном закрывании полости. После удаления слоя защитного вещества катодные матрицы подвергались очистке термическим нагревом.
Новая технология использовалась для изготовления матриц с I, 100 и 5000 катодами /"80J7. Матрица из 100 эмиттеров размещалась на пластине со сторонами квадрата 0,25 мм, расстояние между центрами эмиттеров составляло 25,4 мкм.
Максимальный ток эмиссии на один эмиттер составлял 50 -100 мкА при рабочих напряжениях в диапазоне 100 - 300 В. Плотность тока, усредненная по поверхности катода в непрерывном режиме составляла 10 А/скг. Испытания на срок службы показали, что катодная матрица из 100 элементов при токе 2 мА может работать более 7000 часов в сверхвысоком вакууме, при этом ток эмиссии уменьшается на 10 %. Технологические трудности изготовления таких катодных матриц очевидны.
Аналогичные матричные системы предлагаются в /"20, 21J. Здесь в качестве острий предлагается в ячейках формировать нитевидные кристаллы кремния или L0.3^, получаемых методом кристаллизации через жидкую фазу (ПЖ-механизм) при поступлении материала из газовой фазы.
В работах /*41, 81, 82 ] рассматривается возможность создания многоострииного автоэлектронного катода на основе металлических нитевидных кристаллов Аа , W , Nl и Мо , которые образуются на плоском основании при конденсации вещества из парообразной фазы в вакууме. Наилучшие результаты получены при работе с золотом: достигнута наибольшая равномерность в расположении нитей на подложке, лучшая однородность их по высоте. Получена плотность расположения элементов 10 4-Ю мьг при высоте кристаллов до 20 мкм и диаметре менее 0,1 мкм. При испытании катода общей площадью І сиг в импульсном режиме ( ~10 с) в диодном режиме был получен ток 130 - 140 А (амплитуда напряжения 150 кБ), в приборах с сеточным управлением ток анода до 10 А (ускоряющее напряжение б - 10 кВ). Однако технологическая воспроизводимость и неустойчивость катодов этого типа к воздействию воздушной среды при монтаже катода в прибор после формирования оказывается явно недостаточной.
Следует отметить, что главным фактором, ограничивающим промышленное использование автоэлектронных катодов, остается сравнительно низкая стабильность эмиссии во времени, высокие уровни потенциалов возбуждения, малые токи эмиссии, сложность технологии их изготовления и недостаточная технологическая воспроизводимость параметров эмиттеров. Стабильная работа автокатодов возможна лишь в условиях сверхвысокого вакуума, достижение которого возможно лишь в лабораторных условиях.
1.2. Стабильность работы автоэлектронных катодов
Одним из основных недостатков автоэлектронных катодов является недостаточная стабильность автоэмиссионного тока при их длительной эксплуатации. Задача повышения стабильности и срока службы автоэлектронных катодов является одной из главных технологических проблем применения автоэмиссии и необходимым условием для их промышленного использования. Эта задача может быть решена и решается в настоящее время при обеспечении сверхвысокого вакуума в области автоэмиттера, так как по- -ТО казано, что при вакууме около 10 Торр время жизни вольфрамового катода практически неограничен /"52, 83.7. Однако необходимые для этого давления остаточных газов порядка —ТО —IT 10 4 10 х Торр достижимы только в лабораторных условиях и затраты на получение сверхвысокого вакуума в приборах, где возникает необходимость в использовании автоэлектронных катодов, бывают порой неоправданными. В обычных условиях
6 7 (р - 10 - 10 Торр) эмиттеры адсорбируют остаточные газы и подвергаются бомбардировке положительными ионами.
Необходимость повышения стабильности работы автоэлектронных эмиттеров стимулировало проведение большого количества исследований по изучению факторов, вызывающих неустойчивость автоэмиссии. К их числу относятся адсорбция и хемосорбция остаточных газов, изменение геометрии эмиттера вследствие ионной бомбардировки и миграции атомов в сильном поле ("натяг"), диффузия примесей на поверхность катода, развитие вакуумной дуги. Следствием этих факторов является нестабильность работы выхода эмитирующей поверхности и повышение или понижение локальной напряженности электрического поля у эмитирующей части катода из-за изменения её геометрии.
Физическая и химическая адсорбция газов и загрязнений на поверхности катода в той или иной мере характерны для всех металлов. Адсорбированные газы на поверхности могут образовывать несколько молекулярных слоев. Оценочный расчет показывает, что при температуре 20 С и давлении остаточных газов 10 Торр чистая металлическая поверхность покрывается мономолекулярным слоем адсорбированных атомов из среды примерно в течение 2 секунд [1 ], Взаимодействие физически адсорбированных газов и металла не вызывает существенных изменений в электронной структуре молекул, которые остаются недиссоциированными и могут быть полностью удалены высокотемпературным прогревом. Однако в зависимости от адатома и металла адсорбированные слои могут существенно изменять работу выхода поверхности металла. Некоторые молекулы (НоО, COg) обладают дипольным моментом в свободном состоянии. В зависимости от ориентации их момента относительно поверхности металла работа выхода может увеличиваться или уменьшаться относительно работы выхода чистого металла.
Более сильное взаимодействие адатомов с поверхностью металла возникает при хемосорбции газов и загрязнений, соответствующая образованию прочных химических связей. Изменение эмиссионной способности катодов в большей степени определяется коррозией поверхности острий, вызванной парами EUO или органики и СО, по сравнению с адсорбцией газа или катодным . испарением /"84 J.
При исследовании стабильности автоэлектронной эмиссии вольфрамового эмиттера установлено увеличение средней работы выхода в течение срока службы /~13_7, приводящее к необходимости повышения уровня потенциала возбуждения эмиссии для сохранения неизменного значения тока. Анализ адсорбционных процессов на различных гранях кристаллов в тесной связи с вопросами работы выхода представлен в /~7, 85J.
В условиях относительно высокого вакуума (10 - 10 Торр) отрицательное влияние адсорбированных слоев проявляется в возбуждении низкочастотных флуктуации - шумовой составляющей ав-тоэмиссионного тока [ 86 ]'. Это связано с непрерывным изменением локальных значений работы выхода, обусловленным поверхностной миграцией адатомов газов и загрязнений как под действием поля, так и бомбардировки эмитирующей поверхности потоком ионов.
Наиболее опасным результатом адсорбции является эффект внезапного резкого увеличения автоэлектронного тока, который вызывает либо локальное оплавление эмиттера, либо возникновение вакуумной дуги. Один из возможных механизмов всплесков тока связан с появлением на адсорбированном слое нескомпенси- . рованного положительного иона /~87J, повышающего за время своего существования (10 - 10 с) прозрачность потенциального барьера и вызывающего скачок эмиссии. При значительном увеличении тока возникает вакуумная дуга, приводящая к гибели острия катода. Существует и другая гипотеза, объясняющая увеличение тока эмиссии автоэлектронного катода. Бросок тока может быть связан с диффузией примесей из объема катода на эмитирующую поверхность, вызывающей резкое снижение работы выхода локального участка эмиттера /~88_7.
В /~89 J наблюдались многократные спонтанные всплески автоэлектронного тока длительностью 10 с и амплитудой 1-2 мА, средняя частота следования которых увеличивалась при повышении давления. Всплески тока не приводили к разрушению катода. Предполагается, что это явление связано с разрушением локальных нагромождений, создаваемых адатомами на эмитирующей части острия.
При изучении характера изменения поверхности вольфрамового автокатода в зависшлости от температуры катода, давления остаточных газов, напряженности электрического поля, мощности, выделяемой электронным пучком на аноде, было обнаружено снижение тока эмиссии, обусловленное увеличением работы выхода эмиттера вследствие адсорбции электроотрицательных молекул на его поверхности. Стабилизировать ток эмиссии удавалось лишь при подогреве катода до 1600С /"89 J, В /~83_7 при испытаний в непрерывном режиме в течение 1000 часов уровень тока эмиссии вольфрамового катода уменьшился лишь на 10 %, Одним из условий, определяющих высокую стабильность эмиссион-ных параметров, является здесь очень низкое ( < 10 с Торр) давление остаточных газов в приборе.
Таким образом, приницпиально возможны два пути уменьшения нестабильности эмиссионных параметров, обусловленной адсорбционными процессами: создание и поддержание в приборе низких значений давления остаточных газов и увеличение рабочей температуры катода до значений, при которых адсорбция газов на эмиттере практически исключается [IJ* Ясли, как уже отмечалось ранее, использование автоэлектронных катодов в сверхвысоком вакууме ограничено техническими трудностями, то работа с подогретыми катодами имеет ряд принципиальных недостатков. Поверхностная миграция под действием температуры и электрического поля может привести к изменению микрогеометрии катода /~40 _/. Кроме того в случае хемосорбции связь адатома с поверхностью металла настолько сильна, что не удается добиться десорбции даже при очень высоких темпе- ратурах. Следует отметить, что именно вольфрам, молибден, тантал ( - тугоплавкие металлы, наиболее часто используемые в качестве материалов для автоэмиттеров) обладают наибольшим уровнем хемосорбционной способности, и значительно меньшую активность проявляют рений, иридий, серебро, золото /~89, 90, 917.
Эффективной мерой борьбы с нежелательными явлениями, порождаемыми адсорбцией, является использование материалов, обладающих малой адсорбционной способностью, или таких, работа выхода которых незначительно меняется под действием адсорбированных слоев. Одновременное наблюдение эмиссионных изображений катодов из вольфрама и рения в одном автоэлектронном проекторе показывает, что вольфрам покрывается адсорбированной пленкой за несколько минут, в то время как поверхность рения оставалась чистой в течение нескольких недель /"87, 92 J, Аналогичные свойства обнаруживаются при использовании иридиевых катодов /"93, 94_/. Слабая зависимость тока эмиссии от —5 —9 давления остаточных газов в интервале 10-10 Торр при плотности тока порядка 10 А/см наблюдается у полупроводниковых катодов /~95_/.
Ионная бомбардировка катодов положительными ионами, образовавшимися в результате столкновений электронов с молекулами остаточных газов воздействует на адсорбированные, слабо связанные с поверхностью адатомы и вызывает флуктуацию автоэлектронного тока. С другой стороны, нейтрализуясь на поверхности, ионы могут пополнять адсорбированные слои.
Важным следствием ионной бомбардировки является изменение микрогеометрии эмитирующей части катода /"96J, которое влечёт за собой заметное падение эмиссии во времени. По ориентировочным расчетам /"I J при межэлектродном расстоянии 10 мм, _7 вакууме 10 Торр, автоэлектронном токе I мА, напряжении
10 кВ за одну секунду образуется 10 ионов. Каждый поверхностный атом эмиттера испытывает в среднем один ионный удар в секунду. В /"97/ с помощью ЭВМ выполнен расчет, учитывающий расходимость электронного пучка, обусловленную конфигу- рацией поля у острия. При токе 10 А,, давлении остаточных газов 2*10 Торр, радиусе кривизны эквипотенциальной поверхности у вершины острия ОД мкм к напряжении 10 кВ каждый поверхностный атом подвергается соударению с ионом один раз в 250 секунд. Аналогичные результаты получены в /"98 J7. Расчеты и эксперименты с привлечением методов автоэлектронной и автоионной микроскопии показали, что в изменении формы эмиттеров более существенную роль играет поверхностная миграция в условиях низких температур, активированная ионной бомбардировкой, чем катодное распыление. Поверхностное натяжение /"99 J и электростатическая сила поля, действующие на поверхностные атомы, проявляются по разному, так как действуют в противоположных направлениях. Когда превалирует поверхностное натяжение, имеет место чистая миграция атомов от вершины острия к основанию - эмиттер затупляется и укорачивается. В случае преобладания электростатических сил направление миграции меняется - острие растет. Длительная стабильность эмиссии и геометрических параметров вольфрамовых катодов с радиусами вершин менее 10 мкм, достигаемая взаимным балансированием эффекта, была получена в интервале температур катода 2000 - 2100 К при величине локальной напряженности электрического поля на вершине острия 5*10 В/см. Средний срок службы составлял для 85 катодов, работающих в непрерывном режиме, 250 часов.
Стабильность эмиссии острийных катодов сильно зависит от радиуса закругления его вершины. Оценку равновесного радиуса кривизны поверхности мошїо провести по формуле ['100 J г* - ^6sr6 п где: Г* - радиус кривизны, см; 6 - поверхностное натяжение, Н/м; Е - напряженность электрического поля, В/м; С - безразмерный коэффициент, зависящий от геометрии эмиттера (например, при угле конуса около 9 значение С = 0,5).
Оценки, проведенные по этой формуле, показывают, что при Е = 10 Б/м и 6 = 3 Н/м величина Г* = 10~2 мкм.
При Г>Г* происходит миграционное обострение эмиттера при ионной бомбардировке под действием пондеромоторных сил электрического поля. В результате этого повышается локальная напряженность электрического поля и часто возникает дуговой разряд, приводящий к разрушению эмиттера. При Г <с Г* понижается рабочее напряжение, обеспечивающее заданную плотность тока, благодаря чему несколько снижается эффективность ионной бомбардировки, а также радиационно стимулированная подвижность поверхностных атомов /~44_/.
Процессы перестройки на поверхности острия при его термополевой обработке, приводящие к образованию выступов, рассматриваются в работе /~101_/, а способы их получения в работе /"102 7.
Исследования эмиссии с микровыступов на поверхности острия, образованных при термополевой обработке, показали, что плотность эмиссии с них достигает значения 10 А/см Высокая тепловая устойчивость микровыступов объясняется хорошим теплоотводом от эмитирующих центров /"30J.
Каким бы образом не воздействовала ионная бомбардиров- ка на эмиттер, сложность заключается в том, что полностью исключить её, по-видимому, невозможно. Однако существует ряд возможностей уменьшить либо её интенсивность, либо эффективность воздействия на эмиттер. Переход к сверхвысокому вакууму может существенно снизить интенсивность ионной бомбардировки; такой путь осложняется необходимостью постоянной откачки или необходимостью применения материалов оболочки приборов, непроницаемых для гелия.
Другая возможность уменьшения числа ионов, бомбардирующих катод, - создание виртуального анода, расположенного возможно ближе к эмиттеру. Соответствующие конфигурации электрического поля, приводящие к образованию виртуального анода, рассмотрены в flj.
Интенсивность ионной бомбардировки уменьшается при переходе к импульсному режиму работы. Если длительность импульса напряжения меньше времени пробега ионов между электродами, то интенсивность ионной бомбардировки значительно снигхсается. В —ft /~I03J при использовании импульса 10 с с каждого из элементов многоострийной системы, состоящей из вольфрамовых эмиттеров, получили ток порядка 8 А. Экспериментально установлена существенно меньшая ионная бомбардировка катодов, работающих в сверхвысокочастотном поле /"17, 18, 104 J; стабильность работы катода не нарушалась в условиях техни-ческого вакуума (10 Торр) даже в области больших плотностей тока.
Эффективность воздействия ионов на эмитирующую поверхность можно понизить, воспользовавшись материалами для автоэмиттеров с повышенной устойчивостью к ионной бомбардировке.
В настоящее время известен ряд таких материалов: La-B, ZrC,
А0э> SiOD, карбиды тугоплавких металлов, графит (угле- 2. З ^ -зо - родные волокна) и др. Например, стойкость к ионной бомбардировке карбида циркония по сравнению с вольфрамом выше в 10 раз, гексаборида лантана - в 10 раз /"105.7. С ориентированного острия, изготовленного из LaBs , получены большие значения токов эмиссии как в импульсном (до 8 А), так и в статическом режиме (2-3 мА). Технология получения автоэлектронных катодов из LolBq подробно рассмотрена в /"106, 107 7.
С целью повышения стабильности эмиссии предлагается напускать инертный газ до парциального давления на порядок выше, чем давление остаточных газов. В этом случае стабильность эмиссии повышается за счет очистки поверхности при постоянной ионной бомбардировке от адсорбированного и коррозионного слоев газов и паров /~Ю8_/.
Одной из причин изменения геометрии эмиттера, а следовательно, и нестабильности автоэлектронной эмиссии является вакуумный пробой, приводящий к оплавлению или разруїпению катода.
Обстоятельный анализ процессов возникновения вакуумной дуги в случае автоэлектронных катодов в виде тонких металлических острий проведен в работах /"І09-ІІІ_7»
Установлено, что переход автоэлектронной эмиссии в вакуумную дугу наблюдается при плотностях тока выше определенной критической величины, составляющей для вольфрама около
10 А. см /~Ю9, 110 _/> и сопровождается некоторыми специфическими явлениями /~7, III ] (появление яркого кольца на эмиссионном изображении острия). При этих давлениях плотности тока эмиссия переходит в термоавтоэлектронную, сопровождающуюся лавинообразным нарастанием тока.
Наиболее рациональный путь в разработке устойчивых като- - ЗІ - дов связан со значительным снижением токовой нагрузки на острие. Это может быть достигнуто созданием многоигольчатой системы, состоящей из большого числа параллельно работающих эмиттеров. При этом задача повышения стабильности работы автоэлектронных эмиттеров может быть решена путем снижения потенциала возбуждения автоэлектронной эмиссии и снижения плотности отбираемого тока. Для этого необходим поиск путей получения многоострийных систем с радиусами кривизны оди- ночных острий порядка 100 А с воспроизводимой технологией их изготовления.
1.3. Автоэлектронные катоды на основе многоострийных систем нитевидных кристаллов
Проблема создания эффективных, низковольтных и стабильных автоэлектронных эмиттеров может быть решена при условии получения эффективных эмитирующих поверхностей больших размеров. Это возможно при использовании многоострийных систем со значительным числом одновременно работающих эмиттеров. Их эффективность определяется плотностью расположения одиночных эмиттеров на рабочей поверхности катода и количеством одновременно участвующих в эмиссии острий. Естественно, что по мере увеличения плотности возрастают технологические трудности изготовления многоострийных катодов.
Перспективным представляется создание автоэлектронных катодов на основе многоострийных систем нитевидных кристаллов, поскольку многоострийные системы позволяют получать большие общие значения токов и при соответствующей геометрии единичных эмиттеров снизить рабочие напряжения до значений сотни вольт. Эмиссионные характеристики получаемых при этом многоострийных систем во многом определяются совершенством метода их получения и возможностью создания на его основе воспроизводимой технологии изготовления катодов.
В ряде работ /"41, 81, 82, 106, 112 J рассматривается возможность создания автоэлектронного катода на основе нитевидных кристаллов, которые образуются на плоском основании (матрице) при конденсации вещества из парообразной фазы при напылении в вакууме. Опробована возможность получения нитевидных кристаллов золота, никеля, вольфрама, молибдена. Показана возможность получения сравнительно однородного рельефа катода как по плотности расположения микроострий, так и по величине отношения их высоты к диаметрам. Наибольшая плотность расположения микроострий (около 10 - 10 мм ) была получена для золотых монокристаллов на подложке из золоченого и чистого молибдена. Проведены исследования условий формирования систем нитевидных кристаллов золота и оптимизация этих условий на основании эмиссионной способности полученных систем. Оптимальная температура подложки составляла около 650 С. Время формирования системы таких монокристаллов - вискеров при оптимальной температуре подложки зависит от температуры испарителя, которая может иметь значения в диапазоне от 900 до 1050 С, и составляет от нескольких десятков минут до секунд соответственно. Испытания таких катодов показали высокую стабильность их эмиссионных характеристик в импульсном режиме ( ~ 10 не ). Показана возможность использования катодов на основе нитевидных кристаллов золота в сильноточных импульсных приборах [ 81, 82 J диодной конструкции и в приборах с сеточным управлением. Улучшение параметров таких катодов достигалось за счет различных методов тренировки /~82_7.
В работах /"ИЗ, 114.7 рассмотрены вопросы нестабильности эмиссии катодов этого типа, появляющейся после контакта много-острийной системы с воздухом. Для устранения этой нестабильности необходим прогрев катодов до высоких температур, что неприемлемо для золота - достаточно легкоплавкого металла. Следует отметить, что для работы в стационарном режиме катоды этого типа оказались неудобными, так как необходимые уровни эмиссионного тока (десятки микроампер) достижимы при напряжениях возбуждения эмиссии выше 1000 В; при этом ток эмиссии их постоянно снижался. Кроме того, в работах нет данных о технологической воспроизводимости параметров предложенных катодов.
Метод направленной кристаллизации при конденсации материала из газовой среды через жидкую фазу (.механизм "пар -жидкость - твердое тело") позволил получитьмногоострийные системы нитевидных кристаллов полупроводниковых материалов на плоских подложках /"106, 112J. При помощи этого метода получены удовлетворительные по эмиссионным характеристикам маломощные системы. Этому способствовал тот факт, что в случае полупроводников допускается большой разброс геометрических параметров отдельных игл из-за наличия участка насыщения на вольтамперной- характеристике.
Наибольший интерес для стационарного режима представляют многоострийные системы нитевидных кристаллов тугоплавких металлов вольфрама, молибдена, хрома. Попытки сформировать систему нитевидных кристаллов W и Мо с достаточной плотностью их расположения при конденсации из пара до сих пор не увенчались успехом из-за трудностей при создании достаточно высоких уровней потока атомов тугоплавкого металла к месту кристаллизации. Поэтому удобным для этих целей можно считать способ доставки атомов металла к месту роста в виде потока его летучих соединений и их разложения в зоне роста.
В /"115 J рассматривается метод получения многоострийных систем нитевидных кристаллов вольфрама на острийной подложке.
Нитевидные кристаллы размерами 100 А диаметром и 5000 А длиной, ориентацией вдоль оси в направлении ( НО) образуются при вакуумных шкроразрядах в результате разрушения напыленной предварительно тонкой пленки IVО- . Стационарная эмиссия наблюдается при напряжениях порядка 2 кВ.
В работе /"116 J при термическом разложении пленки W0, на поверхности вольфрамовой проволоки наблюдался самопроизвольный рост дендритных образований нитевидных кристаллов вольфрама. В зависимости от толщины исходной пленки и режима её термического восстановления характер микрорельефа мог быть различным /"ІГ7J. Лучшей эмиссионной способностью обладают многоострийные системы, полученные при температурах подложки во время восстановления пленки WO» порядка 1250 С. Устойчивый ток автоэлектронной эмиссии 10 мкА отбирался с катода при напряжениях 1,5-2 кВ. Воспроизводимость параметров полученных систем затруднена необходимостью точной установки температуры подложки при формировании.
Интересным представляется способ осаждения металла при разложении гексакарбонилов этих металлов /"118 У. В литературе встречаются методы получения нитевидных кристаллов железа при термическом разложении карбонила железа Fe(G0)^ /~П9_7 на нагретой подложке и нитевидных кристаллов молибдена при разложении карбонила молибдена Mo(C0]q /"118, 120/. При разложении паров карбонилов тугоплавких, металлов вольфрама, молибдена и хрома в сильных электрических полях -35-. получены развитые системы нитевидных кристаллов и дендритных образований этих металлов /"121 - 127J, Последний способ формирования многоострийных систем представляется нам наиболее перспективным в виду возможности создания на его основе . управляемого процесса формирования катодов.
Механизм образования нитевидных кристаллов вольфрама и их дендритных образований описан в работах /"121 - 123 J и представлен, как новый метод скоростного самоконтролирующегося роста нитевидных кристаллов. Рост "катодных нитей" происходит на участках подложки с наибольшим усилением электрического поля. Молекулы U/fCO^ , приблизившиеся к поверхности подложки (тонкая проволока, остриё), ионизируются автоэлектронами с подложки и электронами ионизованных молекул. Ионизированные молекулы движутся к местам подложки с наибольшим усилением электрического поля, осаждаются на ней, разлагаются и присоединяются к выступам на подложке, вызывая дендритный рост на них. Рост вызывает образование новых центров эмиссии с более высокой напряженностью поля, способствуя усиленному отложению молекул металла на них. Таким образом устанавливается самоконтролирующийся процесс роста катодных нитей. Установлен оптимальный диапазон температуры подложки, способствующей росту дендритов вольфрама ( 470 - 800 С ).
В [ 124 - 126 J описанный выше метод формирования при разложении карбонилов в разряде в сильных электрических полях был применен и распространен на рост W, Ио и Сг нитей на острийных подложках.
Рассмотренный в /"121 - 127 J способ получения многоострийных систем тугоплавких металлов при разложении их кар- бонилов, хотя и предусматривает дальнейшее их использование в качестве источников электронов и ионов, рассматривается только с точки зрения физических процессов, сопровождающих рост. Данных об исследовании эмиссионной способности, а также об оптимизации методики роста и условий формирования мно-гоострийных систем в работах /"121 - 126 J не приводится.
Разработка воспроизводимой технологии формирования мно-гоострийных катодов на основе нитевидных кристаллов возможна лишь при детальном изучении механизма и кинетики роста и соз> даний на их основе управляемого процесса.
1.4. Вопросы механизма и кинетики роста нитевидных кристаллов
Исследование механизма зарождения и роста нитевидных кристаллов оказалось необходимым как с точки зрения правильного понимания их структуры и особых свойств, так и для возможности создания управляемого технологического процесса производства кристаллов.
Нитевидные кристаллы отличаются очень различной и при этом крайне неравновесной формой: они имеют диаметр порядка о от 100 А до микрона, отношение же длины к диаметру обычно превосходит 10, т.е. доля поверхностной энергии у них значительно выше, чем у массивных кристаллов. Уникальность формы нитевидных кристаллов предполагает наличие специфического механизма их образования путам однонаправленного роста. Попытка объяснения однонаправленного роста привела к созданию дислокационной модели Сирса /"133.7. В последующих работах, рассмотренных в обзорах /"128 - 132_/, исследовалась проблема диффузионного питания растущей вершины нитевидного кристалла, основывающаяся на дислокационном меха- низме роста. Поэтому всю совокупность таких представлений можно назвать диффузионно-дислокационной моделью, основанной на идее Бартона-Кабреры-Франка о существовании незарастающей ступеньки на вершине нитевидного кристалла /"I34J7, обеспечивающей непрерывный рост при почти безбарьерном присоединении диффундирующих по боковой поверхности кристалла адато-мов.
В дальнейшем на основе этой модели объяснили рост нитевидных кристаллов при физической конденсации из паровой фазы, при химическом осаждении из газовой фазы, при кристаллизации из растворов /~I3IJ и т.д.
Однако целый ряд особенностей роста нитевидных кристаллов не удается объяснить с помощью присутствия в нитевидном кристалле и подложке, на которой он образуется, винтовой дислокации. Наиболее весомым явился эффект благоприятствующих примесей, который в конечном счете привел к концепции роста по ПЖК-механизму ("пар - жидкость - кристалл") /"135У, т.е. механизму, основанному на каталитическом действии частицы жидкой фазы. В Г131J делается утверждение, что ПЖК -механизм является исключающей альтернативой дислокационному механизму роста нитевидных кристаллов. Ряд авторов /"120, 129, 136 J делают попытки защитить дислокационную модель. Вопрос о природе потока адатомов, обеспечивающего безбарьерное присоединение строительного материала кристалла к его вершине, остается дискуссионным.
Вторая (-диффузионная) часть модели Сирса более обоснована и жизненна, так как применима для обоих механизмов.
Теоретическо-экспериментальный анализ диффузионного механизма роста нитевидных кристаллов был проведен в /"I3IJ7.
Многочисленные экспериментальные наблюдения роста нитевидных кристаллов послужили основой для создания диффузионной теории роста. Б результате было предложено основное уравнение роста нитевидных кристаллов: где: п(х>1) , см - поверхностная концентрация адсорбированных атомов на боковой поверхности растущего нитевидного кристалла в точке X в момент времени t (-она определяется, с одной стороны, процессами обмена с паровой фазой, а с другой - притоком и оттоком вещества в процессе поверхностной диффузии); 2 - плотность узлов решетки (см ); ( I - ґі/Z ) - Доля свободных узлов, так что А' ( I - n/z ) - скорость адсорбции ( А - число соударений частиц с поверхностью (см"2 . с ) ); Вп - скорость десорбции; Dj д2п/дх - приращение плотности вещества вследствие поверхностной диффузии ( D - коэффициент поверхностной диффузии (см . С ).
Аналогичные уравнения выводили другие авторы и приводили различные варианты решений. Однако расчеты и эксперименты Диттмара и Ноймана представляются наиболее фундаментальными и характерными для роста нитевидных кристаллов.
Уравнение решается для стационарного процесса, когда дґі/dt-O и на боковой поверхности нитевидных кристаллов при их росте нет накопления вещества, что возможно при малых степенях покрытия и незначительном потоке диффундирующих адатомов. При этом уравнение (I.4.I) сведется к виду где /г= . * п - лентмюровская изотерма адсорбции, 0 A/z+B являющаяся решением уравнения (1.4 Л) при (/ —* (длина нитевидного кристалла), это уравнение допускает элементарное интегрирование. Если учесть, что в стационарном приближении число поступающих к вершине и встраивающихся там в^решетку адатомов должно быть равно разности между числом адсорбируемых и десорбирующихся частиц за то же время на участке от X = 0 до Х- , то получим kLr (n-T-^M&iJSl), (1.4.3) дх lx=i
Р=[А/ЦП^ (1.4.4)
Встраивающийся в вершину нитевидного кристалла материал поступает из двух потоков: один из них образуется частицами, конденсирующимися на торце непосредственно из пара, а другой обусловлен поверхностной диффузией по боковым граням кристалла. В случае достаточно тонкого острия непосредственной конденсацией на торце можно пренебречь; тогда скорость роста . нитевидного кристалла обратно пропорциональна его радиусу: си * $Ш№> (1-4-5) где J - скорость осаждения при непосредственной конденсации на поверхности кристалла.
При адсорбционном равновесии в середине достаточно длин ного кристалла число адсорбированных атомов должно быть равно числу де сорбируемых, т.е. ^/^> Для тонкого адсорбцион ного слоя, следовательно, имеем A = ^^/^V » так что - - | Л <г - 1 (1.4.6) -І- = где Л^ - средняя длина диффузионного пробега адатома до реиспарения.
Отсюда можно вывести выражение для двух предельных слу- чаев:
I) для "длинных" нитевидных кристаллов ( С 2$>Х* ) выражение скорости роста имеет вид: dL _ о 7 Xs і di - ги Т г и линейный закон удлиннения: (1.4.7) L = 23 ^i (1.4.8)
2) для "коротких" кристаллов ( ь « Aj ) получаем экспоненциальный закон удлиннения: $=-L , L = Loexp(jt), (1.4.9) где L0 - длина кристалла в момент І =0.
Граница между этими предельными областями соответствует длине кристалла L & \^ „ В ряде экспериментов динамика роста нитевидных кристаллов совпадает с рассмотренной теоретически Диттмаром и Нойманом и имеет вид, приведенный на рис. І.4.І.
То же самое наблюдалось в экспериментах Носова с золотом и окисью хрома /"136, 137 ]. Однако само начало роста редко кому удавалось наблюдать и оно может выглядеть, как индукционный период. В действительности же этот начальный период роста происходит обмен растущего кристалла с подложкой и процесс про-
Рис.І.4.1. Закон удлиннения текает более сложно. при ограничении процесса роста поверхностной дисТх&у- В ряде работ, использующих методику наблюдения роста нитевидных кристаллов, предложенную в /"138 У, наблюдается эк- споненциэльная стадия роста, однако перехода к линейной стадии не наблюдалось, а происходила полная резкая остановка роста.
В /"131, 138_7 предложено объяснение этого явления и предложена следующая модель роста нитевидных кристаллов. На начальной стадии попадающие на боковые грани атомы успевают продиф-фундировать к вершине, где и происходит их встраивание. В этом случае весь кристалл служит "участком сбора" для атомов, т.е. скорость удлиннения dL/dt приблизительно пропорциональна L и рост подчиняется экспоненциальному закону, экспоненциальный рост должен прекратиться, если атомы, осаждающиеся у основания, не имеют возможности достичь вершины. Это может произойти по двум причинам: (I) при L^-Xj, когда скорость диффузии велика по сравнению со скоростью удлиннения кристалла и атомы, диффундирующие к вершине, реиспаряются; в этом случае линейный рост возможен и происходит примерно с такой же скоростью, как и к концу стадии экспоненциального роста; (2) при условии L, « /Lj экспоненциальный рост может прекратиться из-за того, что атомы, осаждающиеся у основания, не успевают догнать растушую вершину. Концентрация адатомов у основания кристалла быстро нарастает, а испарение, предположительно, происходит медленно, вследствие чего образующиеся на боковой грани новые слои сильно тормозят осевой рост. Попытка учета обмена с подложкой делается в работе [ ізі 7.
Однако в основном уравнении и его решениях остается неясной роль температуры нитевидного кристалла и её изменений в процессе формирования нитевидных кристаллов, обусловленных не только подложкой, но и выделением теплот адсорбции и кристаллизации в растущем острие /"140, 141J. В рамках ЇЯБІІКОЇШ и. I. й. Яши этой модели отсутствует энергетика процесса и затруднительным представляется объяснение аномально больших скоростей роста нитевидных кристаллов на начальном этапе их форшрования, выявленных в /"139, 141 У, и затем внезапная остановка такого быстрого роста.
Поэтому изучение факторов, дополняющих механизм роста нитевидных кристаллов, представляет научный и практический интерес.
1.5. Постановка задачи диссертации
Основная задача настоящей работы связана с попыткой получить эффективный, низковольтный и стабильный автоэлектронный эмиттер дендритного типа, рассчитанный на длительную работу в условиях технического вакуума, а также исследовать механизм его роста.
Из представленных в обзоре литературных данных можно заключить, что поставленная задача может быть решена путем создания эффективных эмитирующих поверхностей больших размеров. Уто возможно при использовании многоострийных систем со значительным числом одновременно работающих острий с низким потенциалом возбуждения эмиссии.
Представляется перспективным создание автоэлектронных катодов на основе многоострийных систем нитевидных кристаллов, поскольку многоострийные системы позволяют получить большие общие значения токов и при соответствующей геометрии единичных эмиттеров снизить рабочие напряжения до минимальных значений. Как и при любом решении проблемы, наиболее важным вопросом является выбор метода получения системы кристаллов, позволяющего разработать хорошо управляемый технологический режим производства катодов с воспроизводимыми параметрами.
Наиболее перспективным с этой точки зрения представляется использование глногоострииных систем нитевидных кристаллов и их дендритных образований тугоплавких металлов, получаемых при разложении гексакарбонилов металлов в условиях разряда в сильных электрических полях. Предлагаемый способ получения глногоострииных систем интересен возможностью создания на его основе управляемого процесса формирования катодов. Подбором оптимальных условий роста кристаллов можно получить воспроизводимую геометрию системы острий с высокими эмиссионными характеристиками.
Проблема разработки технологических принципов формирования эффективных низковольтных дендритных автокатодов предусматривает углубленное исследование процессов зарождения и роста нитевидных кристаллов.
Сам механизм роста нитевидных кристаллов интересен и в теоретическом плане для физики кристаллизации в целом: исследование этого механизма может вскрыть особенности роста кристаллов в условии конденсации атомов металлов при высоком вакууме, по методу ПЖК, в электрическом разряде в парах карбо-нилов и др.
Поэтому задачи, решаемые в нашей работе,- можно сформулировать следующим образом: разработка методики исследования процессов зарождения и роста системы дендритов тугоплавких металлов и условий формирования для оптимизации их по эмиссии; исследование кинетики и механизма роста систем нитевидных кристаллов и создание на его основе управляемого процесса формирования многоострийных автоэлектронных эмиттеров; - всестороннее исследование эмиссионных характеристик полученных дендритных катодов; - создание технологических принципов формирования низко вольтных автоэлектронных эмиттеров на основе дендритов тугоплав ких металлов для различного применения в вакуумной электронике.
Автоэлектронные катоды различных типов
Автоэлектронная эмиссия представляет собой явление испускания электронов твердыми и жидкими образцами,помещенными в сильное электрическое поле (отсюда другое её название - полевая эмиссия). Этот вид эмиссии был впервые обнаружен Р.Вудом в 1897 г. Впервые теоретическое объяснение природы автоэлектронной эмиссии, с точки зрения волновых свойств электрона, получившее хорошее экспериментальное подтверждение, было дано Фаулером и Нордгеймом в 1928 г. Основные положения теории автоэлектронной эмиссии и экспериментальное их подтверждение опубликованы в ряде учебников и работ обзорного характера /"1-7 7.
В настоящее время наряду с расширением исследований автоэлектронной эмиссии, как физического явления, выделилось новое направление, связанное с практическим использованием этого вида эмиссии и разработкой эффективных автоэлектронных катодов /"9 /. Такие эмиттеры, по сравнению с широко используемыми термоэлектронными катодами, обладают рядом известных преимуществ, наиболее существенными из которых является отсутствие необходимости подведения мощности для возбуждения электронов. Несомненными достоинствами автоэлектронных катодов являются малое время готовности, высокие значения крутизны вольт-амперной характеристики, малые размеры катода при огромных плотностях тока, достаточная устойчивость к воздействию проникающей радиации и др.
Успехи в области автоэмиссионной электроники могут привести к созданию ряда экономичных электровакуумных приборов, способных эффективно заменить в некоторых областях приборы с термоэлектронными катодами, открыть качественно новые возможности в создании приборов электронной техники и развитии физических методов исследования.
Началом практического применения автоэлектронной эмиссии можно считать создание в конце 30-х годов автоэлектронного микроскопа-проектора: автоэлектронные катоды в виде металлических острий, помещенных в сферическом приборе с экраном, получили широкое применение в ряде важнейших исследований твердого тела: кристаллографической анизотропии эмиссии и адсорбции, поверхностной миграции адатомов, их испарения и т.д. /"5, 7, 13 _/. Разрешающая сила в этих приборах позволяла вести наблюдения над поведением даже отдельных молекул. Интересные работы, проведенные с помощью электронного проектора, позволили оценить анизотропию работы выхода электронов у граней кристаллов ряда металлов и изучить влияние на неё адсорбции различных атомов /"7, 8, 13, 86 7. В послевоенное время были активно предприняты попытки по использованию автокатодов для получения потока свободных электронов большой плотности и использования их в мощных импульсных рентгеновских приборах и приборах СВЧ диапазона [ 14 - 18_/, электронно-лучевых приборах, обладающих повышенной яркостью свечения и высокой разрешающей способностью. Заслуживают определенного внимания работы последнего десятилетия по реализации микроострийных матричных элементов методом пленочной технологии /"19 - 21 J для использования их в качестве активных элементов вычислительных устройств.
Разработка методики получения многоострийных систем W , Мо, С г - дендритов в разряде в парах Me(CO)fi в сильных электрических полях и сравнительная оценка их эмиссионной способности
Разработка оптимальных условий формирования многоострийных дендритных систем из тугоплавких металлов для автокатодов при их росте в условиях разряда в парах гексакарбонилов в сильных электрических полях предусматривала прежде всего получение систем из W, Мо и С г и проведение сравнительной оценки их эмиссионных способностей в условиях отбора автоэлектронного тока.
Формирование многоострийных дендритных систем из W , Мо, С г проводилось в диоде ( рис.2.2.1 ) на откачном посту, оборудованном системой напуска паров гексакарбонила выбранного металла. Источником паров являлась изогнутая стеклянная трубка с запасом порошка карбонила, соединённая с экспериментальным диодом. Любое значение давления паров гексакарбонила в достаточно широких пределах ( - от I0""1 до ІСГ3 Торр ) при их непрерывной прокачке легко устанавливается изменением скорости откачки и температуры источника Me (C0)g. Скорость сублимации гексакарбонилов W , Мо и С г определяется температурой источника и зависимость давления их насыщенных паров представлена на рис.2.2.2, как функция температуры [ 118 J. Катод диода - подложка для роста систем НК представляла собой"прикреплённое к дужке вольфрамовое остриё, полученное электрохимическим травлением. Анод - металлический диск. Экспериментальный диод откачивался до давления 10 Торр ( при этом источник паров гексакарбонила охлаждался до температуры жидкого азота ) и снималась начальная вольт-амперная характеристика ( ВАХ ) промежутка "остриё-анод" ( рис.2.2.3 - кривая 0 ), необходимая для сравнения с последуодим изменением эмиссионной способности подложки - острия с веткообразной системой НК. Затем объём диода заполнялся парами гексакарбонила до необходимого давления. Катод можно было нагревать от дужки до необходимой температуры, оцениваемой по току дужки и контролируемой NL - Мо -термопарой, не указанной на рисунке. Между катодом и анодом через ограничительное сопротивление Я01т подавалось напряжение U3a& = 2-5 кБ ( минус источника на катоде ) и в промежутке загорался разряд. Горение разряда сопровождалось слабым свечением голубого цвета в области острия-подложки, похожим на свечение коронного разряда.
Механизм роста нитевидных кристаллов
Как уже указывалось во Введении и в главе I, возросший в последнее время интерес к нитевидным кристаллам ( НК ) объясняется, конечно, в первую очередь чисто практически, - возможностью их применения в электронных приборах различного типа. Однако и в теоретическом плане особенности механизма роста НК в различных условиях (при конденсации атомов металла в высоком вакууме как в электрическом поле, так и без ( так называемые "усы" - вискеры на электродах ламп [ 144 J ), по методу "пар-жидкость-кристалл" ( ПЖ ) /"131 У, в электрическом разряде в парах карбонила [I2I-I27 ] и др. ) очень интересны для многих проблем кристаллофизики.
Рассмотренные в предыдущей главе вопросы механизма роста НК и их дендритных образований, полученных в электрическом разряде в парах карбонилов тугоплавких металлов, нельзя считать решёнными полностью. Хотя достоверность утверждения о работе единого механизма роста при формировании в разряде и при напылении в вакууме как будто очевидна ( - ибо в основе роста лежат процессы поверхностной диффузии от основания к вершине в условиях постоянного поступления на поверхность материала ), но отличия в кинетике роста могут быть существенными. Например, в условиях большой интенсивности потока металла в зону кристаллизации, характерных для роста НК при разряде в парах Ме( СО )6, обнаружено явление аномально больших скоростей роста нитевидных кристаллов [ 139 _/; целый ряд особенностей механизма роста ( очень большие скорости роста 10 см/сек на первом этапе, остановка этого роста, роль выделяющейся теплоты кристаллизации и др. ) до сих пор остаются без исчерпывающего объяснения.
В ряде работ [ 128-135 J подробно обсуждаются две модели роста: диффузионно-дислокационная и БЖК, но вопрос о деталях ( в частности, энергетика процесса ) остаётся или дискуссионным, или невыясненным. Часть математической модели диффузионной теории роста нитевидных кристаллов, предложенной Дитмаром и Нойманом / I3IJ, можно признать универсальной для обеих моделей роста. Однако в основном уравнении роста НК и его решениях неясна роль температуры НК и её изменений в процессе формирования НК, обусловленных не просто миграцией вдоль НК, но миграцией в условиях выделения значительных теплот адсорбции и кристаллизации в растущем острие /"140, 141 У. В рамках этой модели, из которой выпала вся энергетика процесса, затруднительным представляется объяснение аномально больших скоростей роста нитевидных кристаллов на начальном этапе их формирования, выявленных в /"I39-I4I./, и затем внезапная остановка такого быстрого роста.
В этой главе мы ставим своей целью выяснить влияние энергетических факторов на различных стадиях роста нитевидных кристаллов.
Формирование низковольтных автоэлектронных эмиттеров
Основой тенологических принципов изготовления автоэлектронных эмиттеров предлагаемого нами типа являются результаты оптимизации условий формирования многоострийных систем в соответствии с их эмиссионными характеристиками. В результате проведённых исследований механизма роста многоострийных систем нитевидных кристаллов и их дендритных образований и анализа взаимосвязи микрорельефа многоострийных систем и условий их формирования с их эмиссионной способностью определены оптимальные условия управляемого процесса формирования низковольтных автоэлектронных катодов на основе дендритов вольфрама.
Эмиссионные испытания эмиттеров проводились при формировании катодов в экспериментальных макетах диодной конструкции, аналогичной рис. 2.2.1. Вольтамперные характеристики автоэлектронного тока катодов на основе дендритов вольфрама, сформированных при оптимальных условиях, представлены на рис. 4.2.1. Подъём тока на вольтамперной характеристике вызван переходом автоэлектронной эмиссии в термоавтоэлектронную ( ТА.ЭЭ ) из-за разогрева острий проходящим током. Наибольшим уровнем эмиссии ( 100-200 мкА при разности потенциалов "анод - катод" 300-400 В ) отличаются много-острийные системы, сформированные при оптимальных условиях формирования многоострийных автоэлектронных катодов дендритного типа: R = 10-15 МОм; L = 200-250 мкА; давление паров W( СО )6 1+2 . 1(Р Торр; время роста - 8+10 минут.
Низковольтноеть автоэлектронных эмиттеров дендритного типа достигается созданием достаточно разветвлённого куста тонких острий, что, - в свою очередь, достигается оптимальным потоком молекул "строительного" материала при формировании микрогеометрии дендритов вольфрама. При этом существует корреляция между напряжением горения разряда в конце формирования и потенциалом возбуждения автоэлектронной эмиссии при токоотборе с катода. Это связано с тем, что ионизация ларов U/( СО )6 производится автоэлектронами с растущих острий и ионы подводятся к наиболее эмитирующим участкам дендритной системы, обеспечивая развитие этих эмитирующих НК с появлением на них новых острийных веток - центров эмиссии, а следовательно, и дальнейшего прогрессивного их роста до определённого предела; поэтому падение напряжения на разрядном промежутке и есть порог автоэлектронной эмиссии. Время формирования катода определяется моментом достижения падения напряжения до величины 250-300 В и составляет указанные выше 8-Ю минут.
Управляемость процессом роста, выражаемая прямой взаимосвязью условий формирования ( параметров разряда в конце формирования ) и эмиссионной способности катодов, является основой достижения высокой технологической воспроизводимости. Технологическая воспроизводимость эмиссионных характеристик обеспечивается при оптимальных условиях формирования вне зависимости от геометрии ячейки формирования. Разброс по управляющему напряжению для постоянного уровня АЭ-тока в 100 мкА составлял 10-30 В на уровне (1а«350 В, т.е. 5-Ю %.
Испытания эмиссионной способности катодов проводились с ограничительным сопротивлением в цепи катода 5-Ю МОм для предотвращения развития вакуумной дуги. Нестабильность эмиссии ( колебания автоэлектронного тока ) при работе катода в техническом вакууме при фиксированном управляющем напряжении 350 В и токе на анод 100 мкА составляла 2-3 %. Эмиссия на этом уровне оставалась неиз-менной при испытаниях в вакууме 10 Торр в течение 200 часов ( дальше испытания не проводились ).
Достаточно низкий уровень колебаний автоэлектронного тока и его неизменность при длительной работе катода достижимы при одновременной параллельной работе большого числа единичных эмиттеров многоострийной системы. При этом нестабильность отдельных эмиттеров усредняется и общий уровень тока обладает достаточной стабильностью и неизменностью в течение длительного времени. Общий вклад в эмиссию катода большого числа одновременно работающих эмиттеров характеризуется величиной эффективной эмитирующей площади, оцениваемой по вольтамперным характеристикам автоэлектронного тока ( рис. 4.2.1 ).
