Введение к работе
/Э 7sZs
Актуальность темы. К настоящему времени накоплена значительная база знаний, полученных с помощью численного и натурного эксперимента, математического и физического моделирования явлений и процессов, имеющих место на поверхности и в приповерхностной области твердых тел при воздействии на них сильного электрического поля. В результате этого воздействия потенциальный порог на границе твердое тело — вакуум превращается в потенциальный барьер, и появляется определенная вероятность туннелирования приповерхностных электронов сквозь барьер без затраты энергии в процессе полевой электронной эмиссии (ПЭЭ). Эмиссионные системы на основе ПЭЭ являются основным элементом таких перспективных приборов и устройств, как сканирующие туннельные микроскопы, СВЧ-генераторы, плоские дисплеи и т. д. Однако существующие теории ПЭЭ рассматривают в основном эмиссию из чистых материалов, уступающих по ряду параметров многослойным системам типа «металл-полупроводник», «металл-оксид-полупроводник» или «металл-полупроводник-металл», для которых рассматриваются только простейшие плоские конфигурации. Это затрудняет как интерпретацию экспериментальных данных, так и выработку рекомендаций по практической реализации приборов и устройств, элементом которых являются острийные многослойные эмиссионные структуры. Именно поэтому задача разработки математических моделей и математического аппарата для исследования острийных систем типа «металл-оксид-металл», а также для изучения влияния параметров таких систем на их электрофизические, в том числе эмиссионные, характеристики является несомненно актуальной.
Цель работы. Целью диссертационной работы стало создание математических моделей, адекватно описывающих явление полевой электронной эмиссии из эмиссионных систем типа «металл-оксид-металл», а также расчет важнейших эмиссионных характеристик подобных систем.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Разработать математическую модель многослойной полевой
эмиссионной структуры.
На основе математической модели определить важнейшие параметры эмиссионной системы: коэффициент прозрачности и работу выхода.
Реализовать комплекс программ, позволяющих решать прикладные задачи моделирования полевых эмиссионных систем.
Методы исследования. Основными методами исследования являются методы математического моделирования, а также натурного и численного эксперимента.
Положения, выносимые на защиту:
Математическая модель, описывающая явление полевой электронной эмиссии из многослойных систем типа «металл-оксид-металл».
Результаты математического моделирования, экспериментального и численного исследования эмиссионных характеристик многослойных систем.
3. Комплекс программ, реализующих представленную модель и
предназначенных для решения прикладных задач моделирования полевых
эмиссионных систем.
Научная новизна работы. Все результаты, изложенные в оригинальной части диссертационной работы, получены впервые и являются новыми.
Практическая значимость. Разработанные математические модели дают возможность проводить сравнение данных эксперимента с теорией не только для простых эмиссионных острийных систем, но и для многослойных острийных систем типа «металл-оксид-металл», значение работы выхода для которых может отличаться от величин работы выхода чистых материалов, входящих в систему. Предложенные методики позволяют также проводить расчет рабочих характеристик практически важных приборов и устройств, для которых острийные эмиссионные системы являются основным элементом
(сканирующие туннельные микроскопы, СВЧ-генераторы, плоские дисплеи и т.д.).
Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VII, IX и X международных конференциях «Beam Dynamics and Optimization» (Санкт-Петербург, 2000, 2002 гг., Саратов, 2003 г.); на XXXI, XXXII и XXXIV конференциях «Процессы управления и устойчивость» (Санкт-Петербург, 2000, 2001 и 2003 гг.), а также на научных семинарах кафедры Моделирования электромеханических и компьютерных систем факультета прикладной математики — процессов управления Санкт-Петербургского государственного университета и в исследовательской группе отдела химической физики института физической химии им. Я. Гейровского АН ЧР (Прага, Чешская Республика).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. Список литературы включает 89 наименований. Работа изложена на 87 страницах и 16 страницах приложений, содержит 23 рисунка.
Похожие диссертации на Моделирование характеристик полевых эмиссионных систем типа металл-оксид-металл
