Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Динамика поведения электронов в алмазе 20
1.1. Определение глубины проникновения первичного электрона в пленку 20
1.2. Оценка диффузионной длины электрона в моно и поликристаллическом алмазе 28
Глава 2. Катодно-сеточный узел для исследования элементов вакуумной микроэлектроники 30
2.1. Моделирование поведения электронов в КСУ 31
2.2. Стенд для измерения электровакуумных характеристик приборов 36
2.3. Выводы по главе 39
Глава 3. Приборы вакуумной электроники на основе умножителя - концентратора электронов 40
3.1. Конструкция и принцип действия УКЭ 40
3.2. Моделирование поведения электронов в УКЭ с помощью программы «SIMION 8» 44
3.3. Экспериментальное исследование УКЭ 47
3.4. Вакуумный эмиссионный триод на основе УКЭ 48
3.4.1. Конструкция ВЭТ 49
3.4.2. Расчет ВАХ вакуумного эмиссионного триода 49
3.4.3. Экспериментальное исследование ВЭТ 53
3.5. Мембранный усилитель электронного потока 58
3.5.1. Усилитель электронного потока на основе УКЭ 58
3.5.2. Технология изготовления усилителя электронного потока 59
3.6. Выводы по главе 63
Глава 4. Комбинированный автоэмиттер на основе алмазных микроконусов и графена 65
4.1. Графеновый электрод как управляющий электрод автоэмиттера 66
4.2. Конусообразные микроэмиттеры 70
4.3. Экспериментальное исследование прохождения электронов через графеновый электрод 73
4.4. Расчет эмиссионного тока автоэмиттера на основе КМЭ 77
4.5. Оптимизация размеров КМЭ 82
4.6. Технология формирования КМЭ 86
4.7. Расчет эмиссионных характеристик комбинированного автоэмиттера на основе КМЭ с учетом реальных технологий 90
4.8. Деформация графенового электрода под действием электростатических сил 97
4.9. Влияние технологического разброса геометрических параметров КМЭ на ток эмиссии 100
4.10. Конструкция и основные операции изготовления КАЭ при использовании графена 103
4.10.1.Основные конструктивные параметры КАЭ 103
4.10.2. Разработка топологии фотошаблонов для изготовления КАЭ 105
4.10.3. Изготовление интегрального КАЭ 107
4.11. Оптимальные ВАХ комбинированного автоэмиттера. 108
4.12. Выводы по главе 110
Заключение 111
Основные результаты и выводы 116
Благодарности 117
Список публикаций по теме диссертации 118
- Оценка диффузионной длины электрона в моно и поликристаллическом алмазе
- Стенд для измерения электровакуумных характеристик приборов
- Мембранный усилитель электронного потока
- Расчет эмиссионных характеристик комбинированного автоэмиттера на основе КМЭ с учетом реальных технологий
Оценка диффузионной длины электрона в моно и поликристаллическом алмазе
А в твердотельной электронике, как отмечалось выше, необходимость уменьшения размеров затвора транзистора приводит к нежелательному эффекту - туннелированию электронов. Основной причиной, сдерживающей внедрение автоэмиссионной электроники, является отсутствие надежных и мощных автоэмиттеров, обеспечивающих плотность эмиссионного тока в десятки и сотни ампер на квадратный сантиметр. В разработке эмиттеров типа матрицы из катодов Спиндта достигнут большой прогресс [19]. Была продемонстрирована плотность тока в 2000 А/см2, но она была зарегистрирована на площади много меньшей, чем 0,1 мм2 [22]. В то же время катоды с площадью более чем 0,1 мм2 необходимы для работы мощных устройств в диапазоне 0,1 - 1 ТГц. С появлением углеродных нанотрубок (УНТ) казалось, что проблема будет решена [23 - 26]. Однако выяснилось, что эмиттеры на основе УНТ, получаемые методом газофазного осаждения (CVD), имеют малую плотность тока и недостаточную стабильность [27]. Все что сейчас имеется на рынке - это эмиттеры, полученные на основе композиционных материалов, состоящие из УНТ диаметром 1 - 5 нм и наночастиц размером 10 - 50 нм. Максимальная плотность тока этих эмиттеров не превышает 0,1 А/см2 и при непрерывной работе продолжительностью 100 часов плотность тока уменьшается вдвое.
Существуют и другие типы автоэмиттеров, которые исследовались в течение последних 10 лет [28]. Но реализовать их промышленный выпуск не удалось из-за невоспроизводимости, нестабильности и малой плотности эмиссионного тока. Оригинальный подход в построении эмиссионной электроники предлагает группа Novatrans Group SA [29]. Но и в этом случае пока получены малые плотности тока (менее 10–3 А/см2).
Несомненным достижением автоэмиссионной электроники в последние годы является создание катодов на основе эффекта поверхностно эмитируемых электронов (Surface conduction electron emission [30]). Хотя ток и здесь небольшой, зато конструкция катода хорошо подходит для создания плоских автоэмиссионных экранов, превосходящих по своим характеристикам жидкокристаллические экраны. Такие экраны реализованы фирмой «Canon» совместно с фирмой «Toshiba».
Несмотря на трудности в разработке полевых эмиттеров для мощных СВЧ устройств терагерцового диапазона, в развитие этого направления продолжают вкладывать большие средства, так как решение этой проблемы радикально продвинет электронику в направлении смыкания радиочастотного диапазона и светового. Из предлагаемых решений рассматриваемой проблемы можно отметить разработку полевых эмиттеров на основе алмазных катодов Спиндта. Здесь лучшие результаты получены учеными лаборатории Diamond Microelectronic Laboratory университета Vanderbilt University [31] и исследователями лаборатории Semiconductor Technologies R&D Laboratories [32].
В университете Vanderbilt эмиссионный катод формировался из ультрананокристаллического алмаза (UNCD) с наличием некоторого количества углерода со связями sp2. Катод состоял из матрицы алмазных пирамид, основание которых имело размер 2 2 мкм2 и вершины которых переходили в игольчатые острия, имеющие радиус закругления 5 - 15 нм. Максимальная плотность тока, которую мог эмитировать этот катод, составляла 15 А/см2 при абсолютном значении тока в 15 мА.
Кроме вертикальных вариантов эмиттера в этом университете также разработаны и латеральные варианты, как для диодных конструкций, так и для транзисторных. Проведенные испытания на радиацию и температуру показали, что эти конструкции работают при облучении в 20 МРад и температуре 200С. Пожалуй, результаты, полученные в Diamond Microelectronic Laboratory, являются за последнее время наиболее значимыми, поэтому разработчики из Vanderbilt University принимали участие в проекте DARPA по созданию усилителя бегущей волны на 200 ГГц [33]. В этом проекте используется эмиссионный катод на основе пирамид с иглообразными вершинами, которые, в силу используемой технологии, имеют разброс по высоте, что существенно отражается на разбросе генерируемых токов. Из-за этого недостатка разработчикам пришлось ввести последовательные сопротивления, которые компенсируют этот разброс. Кроме того, чтобы управляющий электрод не замыкал с иглообразными вершинами, электроды расположены не сверху или сбоку от вершин игл, а снизу. В результате конструкция получается непростой, что требует использования очень сложных технологических операций.
Полагая, что для катодов Спиндт-типа необходимо получать острия одинаковой длины (выражаясь более точно, чтобы вершины острий лежали на одной высоте), исследователи из Semiconductor Technologies R&D Laboratories разработали оригинальную технологию формирования острий в форме гладких конусов с разбросом их высот 4,9% [32]. Исходным материалом служит поликристаллическая алмазная пленка p-типа с отполированной поверхностью. На пленке формируется маска SiO2 в виде дисков диаметром 1 - 3 мкм. Затем алмаз травится в плазме, в результате образуются гладкие алмазные конусы почти одинаковой высоты. Управляющий электрод формируется самосовмещенной технологией и представляет сетку с круглыми отверстиями, в центре которых располагаются верхушки алмазных конусов. Такая конструкция управляющего электрода использовалась во всех эмиссионных катодах классического Спиндт-типа. Однако она не позволяет (из-за замыканий электрод эмиттер) получить эмиссионный катод более 0,1 мм2. Так, несмотря на полученную плотность 26,5 А/см2, катоды лаборатории Semiconductor
Technologies R&D Laboratories не имели площадь более 0,01 мм2. За счет переноса управляющего электрода, исследователям из Vanderbilt University удалось на порядок увеличить площадь катода, однако плотность составляла только 15 А/см2. Группа разработчиков из НИИФП, на основе изучения многочисленных и разнообразных конструкций, представленных в обширной литературе, предложила для алмазного полевого катода Спиндт-типа использовать в качестве управляющего электрода графеновый электрод. В этом случае катод представляет совокупность ячеек, содержащих алмазные микроострия. Над микроостриями располагается сплошной графеновый электрод, опирающийся на диэлектрические стенки ячеек. Для получения оптимальных параметров ячейки была разработана методика расчета эмиссионных характеристик ячейки. Методика включает разработанные в рамках диссертации аналитические модели: прозрачности графена для электронов; зависимости плотности тока эмиссии от параметров и режима работы ячейки. Расчет плотности тока существенно опирается на теорию Фаулера Нордгейма и расчет функции напряженности поля E(r) у поверхности микроострий с помощью программного комплекса «SIMION 8». Чтобы полученные числовые значения функции E(r) использовать в аналитических моделях, функции E(r) были заменены соответствующими аппроксимационными многочленами.
Проведенные расчеты показали, что на основе ячейки с микроостриями из алмаза и графенового электрода можно создать полевой катод, обеспечивающий плотность тока 100 А/см2 и выше. На основе предложенной конструкции ячейки предложена технология создания полевого катода. Доминирующим звеном в этой технологии является разработанная технология формирования микрорисунка на алмазной пленке. Суть технологии заключается в том, что маска изготавливается с высокой степенью точности (насколько это позволяет микроэлектроника) до роста алмазной пленки. В результате это позволяет формировать микроконусы с разбросом их высот не хуже, чем это достигнуто специалистами лаборатории Semiconductor Technologies R&D Laboratories.
Стенд для измерения электровакуумных характеристик приборов
Основными элементами эмиссионной электроники являются автокатод и электрод, создающий поле достаточное для возникновения полевой эмиссии из катода. Если электрод сплошной, то получаем просто диодную структуру. Если электрод представляет сетку, то получаем катодно-сеточный узел (КСУ). КСУ является универсальным элементом эмиссионной электроники. На его основе можно создавать усилительные приборы (как триод), генераторы электромагнитных колебаний (как клистроны), малогабаритные рентгеновские трубки и электронные пушки для сканирующих электронных микроскопов. В данной части работы речь пойдет о КСУ для исследования полевой и вторичной эмиссии алмазных структур и для непосредственного исследования элементов вакуумной электроники, спроектированных на основе этих структур.
Проектируются и существуют различные конструкции КСУ. Это может быть конструкция сантиметровых размеров, если требуется большая мощность. А может КСУ быть микронных или даже нанометровых размеров. Такие КСУ будут представлены позже в рамках данной работы.
КСУ, которые рассматриваются сейчас для исследования вакуумных микроэлектронных элементов, должны обеспечить возможность подачи коротких импульсов управления, достаточный ток эмиссии (в пределах 10–7 - 10–3 А), удобное размещение испытуемого элемента на выходе потока электронов. Конструкция, удовлетворяющая приведенным требованиям, изображена на рисунке 2.1. Коаксиальный характер конструкции обеспечивает подачу импульсов управления длительностью до 0,1 нс. В качестве автоэмиттера можно использовать эмиттер ТВ-211 фирмы HeatWave Labs Inc., который обеспечивает плотность тока эмиссии вплоть до 100 мА/см2 при напряженности поля 5 - 10 В/мкм. Цилиндрическая конструкция также позволяет удобно крепить на выходе электронного потока оснастку с испытуемым образцом.
Для моделирования поведения электронов в КСУ используется программа «SIMION 8». Поскольку конструкция КСУ должна обеспечить его работу в СВЧ диапазоне, то размеры D1 и D2 подбираются таким образом, чтобы волновое сопротивление для входных высокочастотных сигналов было равным 50 Ом. Исходя из этих ограничений, определяем D1 3 мм и D2 6 мм. Сетка 4, служащая для создания необходимого поля для эмиссии электронов из автокатода 3, закорачивает коаксиал, т.е. для входного сигнала КСУ представляет закороченный коаксиал с волновым сопротивлением 50 Ом.
Для уменьшения рабочих напряжений следует уменьшать расстояние между сеткой и автокатодом, т.е. надо добиться, чтобы это расстояние было минимальным, но при этом минимальным был бы и сеточный ток. С этой целью, проведено моделирование поведения электронов при разных расстояниях L4 между сеткой и автокатодом (см. рис. 2.2).
Схема подачи рабочих напряжений на КСУ при исследовании зависимости траекторий электронов от размера L4.
На рисунках 2.3а), б), в) изображены полученные с помощью программы «SIMION 8» траектории электронов при L4 = 100, 250, 550 мкм соответственно и напряжении на аноде 100 В. Анод удален от выхода КСУ на 100 мкм. В расчетах полагалось, что корпус КСУ (включая и сетку) находиться при нулевом потенциале, а на катод подается отрицательное напряжение. а) Траектории электронов при L4 = 100 мкм. б) Траектории электронов при L4 = 250 мкм. в) Траектории электронов при L4 = 550 мкм. Рис. 2.3. Промоделированные траектории электронов.
При моделировании полагалось, что диаметр активной части катода равен 2 мм, а выходная часть КСУ представляет цилиндрическую полость диаметром 6 мм и длиной 6,5 мм. Сетка КСУ представлялась в виде кольцевых концентрически расположенных проводников с сечением 50 50 мкм2. Кольца расположены друг от друга на расстоянии 250 мкм. Результаты моделирования представлены на рисунках 2.4-2.5. На рис. 2.4 представлена зависимость доли h сеточного тока (по отношению к току катода) от напряжения на катоде EE для разных L4. Видно, что чем дальше сетка, тем меньше ее ток. Это обусловлено тем, что для меньших L4 происходит большее притяжение электронов к сетке, когда электроны еще не набрали достаточную скорость. При достаточном удалении сетки от катода, величина h будет определяться отношением площади проекции сетки на катод к площади катода. При взятых размерах это отношение составляет 0,25. При рассматриваемых L4 величина h существенно превышает 0,25. Брать L4 более 550 мкм не выгодно вследствие увеличения рабочих напряжений. Поэтому надо идти по пути уменьшения площади проекции сетки и располагать сетку от катода на расстоянии приблизительно равном размеру ячейки сетки, так как тогда у поверхности катода не будет резких перепадов напряженности электрического поля.
Измеритель вакуума R0156302. Для проведения измерений, КСУ вставляется в капралоновую муфту (см. схему измерений на рисунке 2.8) и фиксируется на расстоянии 1 см от анода, закрепленного на этой муфте. Анод, катод КСУ и сетка КСУ подсоединяются к вакуумному разъему так, как это показано на рис. 2.8. Муфта с КСУ помещается в вакуумную камеру, в которой муфта играет роль фиксатора положения КСУ. Вход в вакуумную камеру плотно закрывается вакуумным разъемом. К вакуумному разъему подсоединяются сопротивления R1, R2, мультиметры V1 ,V2 и источники напряжения Е1, Е2 в соответствии со схемой измерения (см. рис. 2.8).
Мембранный усилитель электронного потока
Конструкция вакуумного триода изображена на рисунке 3.10а). Ее основу составляет УКЭ 1, играющий роль эмиттера электронов. Над выходным отверстием УКЭ расположена сетка 2, которая сформирована на кремниевой рамке 3. УКЭ и сетку разделяет слюдяная прокладка 4 толщиной 30 мкм, такая же прокладка 5 помещена между рамкой 3 и анодом 6. Входное и выходное отверстия УКЭ имеют размеры 1 1 мм2 и 0,5 0,5 мм2 соответственно, а высота 0,5 мм. Анод 6 удален от сетки 2 на расстояние 0,5 мм. Снимок на РЭМ сетки 2 представлен на рис. 3.10б) и рис. 3.10в). Проводники, образующие сетку, сформированы из золотой пленки толщиной 0,3 мкм и имеют ширину 7 мкм. Размер ячейки сетки составляет 60 60 мкм2.
Для испытания ВЭТ, из-за отсутствия соответствующих автоэмиттеров, в качестве катода использовался катодно-сеточный узел (КСУ), на выходе которого с помощью соответствующей оснастки крепился ВЭТ таким образом, чтобы вход УКЭ был обращен в сторону электронного потока. КСУ с ВЭТ помещались в вакуумную камеру, и при давлении 10–7 - 10–8 Торр проводилось измерение характеристик триода.
Результаты измерений ВАХ представлены на рисунке 3.11. На рис. 3.11.а) изображена зависимость тока анода IA от напряжения на сетке Vc при напряжении на аноде VA = +20 В. а)
Вакуумный эмиссионный триод: а) конструкция триода, б) и в) - РЭМ изображения сетки. Анализ экспериментальных ВАХ показывает, что в целом они подтверждают расчетные данные: ВАХ имеют пентодный характер, и максимальный анодный ток достигается при напряжении на сетке + 5 В. Из явных рассогласований следует отметить следующие: первое - насыщение анодного тока в экспериментальном ВЭТ наступает при больших анодных напряжениях; второе - наличие остаточного тока IAmin при отрицательных напряжениях на сетке. Причина первого несоответствия объясняется тем, что алмазная пленка заряжается отрицательно и за счет возникшего поля вторичные электроны «выталкиваются» через вход УКЭ в выходную полость КСУ. Требуется большее анодное напряжение, при котором уходящие в сторону КСУ вторичные электроны стали бы двигаться в сторону анода. Как видно, этот недостаток связан с зарядкой алмазной пленки. Второе несоответствие также связано с этой зарядкой. Чтобы подтвердить правильность этого предположения, нами были рассчитаны ВАХ в предположении, что УКЭ имеет отрицательный потенциал (см. рис. 3.12). Как видно из графиков, приведенных на рис. 3.12, при увеличении отрицательного напряжения на концентраторе количество электронов, достигающих анод, падает, а напряжение на сетке в – 1 В перестает перекрывать ток. Общее падение тока анода связано с выталкиванием вторичных электронов, находящихся далеко от сетки, к катоду из-за отрицательного потенциала на УКЭ. Итак, как следует из этого моделирования, наличие отрицательного потенциала приводит к наличию остаточного тока (см. рис. 3.12). Почему заряжается пленка? Дело в том, что существующие технологии формируют алмазные пленки с концентрацией центров захвата электронов 1 ppm (particles per million - частиц на миллион) [11]. Сейчас существует только одна фирма «Element six», которая разработала технологию роста алмазных пленок и монокристаллов с концентрацией центров захвата 1 ppb (particles per billion - частиц на миллиард). Алмаз с такой концентрацией I ( от. ед.)
Известно, что тонкие пористые алмазные мембраны могут быть использованы для усиления электронного потока, передающего изображение в виде плотности электронов [38, 39]. Примером такого электронного потока является электронный поток, генерируемый фотокатодом в электрооптических преобразователях.
Алмазные мембраны, как усилители электронного потока (УЭП), могут найти широкое применение в приборах ночного видения, экспериментальной физике, аэрокосмической технике, атомной технике, астрономии и биологии. Более того, алмаз способен эмитировать электроны под действием рентгеновских лучей, гамма лучей и нейтронов. Это позволяет изображение, передаваемое этими излучениями, непосредственно перевести в электронный поток с последующим его усилением, т.е. в этом случае алмазные пленки можно использовать в координатно-чувствительных детекторах.
Для практического использования алмазных мембран требуются разнообразные их конфигурации при размерах от 0,1 мм2 до 4 см2. Недостатком сформированных на поверхности кремния методом CVD алмазных мембран толщиной 3 - 5 мкм является то, что при их размерах превышающих несколько миллиметров они провисают и деформируются. Чтобы избежать этого недостатка, можно использовать кремниевые мембраны, технология изготовления которых была отработана для рентгеношаблонов [40]. В этом случае сначала изготавливается кремниевая мембрана толщиной 2 - 10 мкм, в ней вытравливаются отверстия соответствующего размера и затем на поверхность мембраны осаждается алмазная пленка.
Выше рассмотрен умножитель-концентратор электронного потока (УКЭ), который не только усиливает поток электронов, но и концентрирует их [34, 35]. Расчеты и эксперименты показывают, что плотность тока в этом случае можно увеличить в 20 - 100 раз. Представляется целесообразным сформировать отверстия в кремниевой мембране в виде УКЭ. В этом случае мембрана превращается в решетку.
Расчет эмиссионных характеристик комбинированного автоэмиттера на основе КМЭ с учетом реальных технологий
Для освоения частотного диапазона в несколько сотен гигагерц необходимо разработать активные элементы (диоды, триоды, клистроны, ЛБВ и т. д.) соответствующего быстродействия, а это возможно, если рабочие токи этих элементов имеют плотность, превосходящую 10 А/см2. Причиной, сдерживающей развитие автоэмиссионной электроники, является отсутствие надежных и мощных автоэмиттеров, обеспечивающих такую плотность эмиссионного тока.
Основными элементами эмиссионной электроники являются автокатод и электрод, создающий поле достаточное для возникновения полевой эмиссии из катода. Если электрод сплошной, то получаем просто диодную структуру. Если электрод представляет сетку, то получаем катодно-сеточный узел (КСУ). КСУ является универсальным элементом эмиссионной электроники. На его основе можно создавать усилительные приборы (как триод), генераторы электромагнитных колебаний (как клистроны), малогабаритные рентгеновские трубки и электронные пушки для сканирующих электронных микроскопов. Одним из важных направлений развития СВЧ электроники является замена ЛБВ и клистронов в системах радиолокации интегральными ЛБВ и клистронами на основе автоэмиттеров и мембранных технологий [47-48]. На рисунке 4.1 представлена одна из возможных конструкций такого клистрона.
В данной главе рассматривается возможность разработать мощный автоэмиттер на основе алмазных микроконусов и графенового электрода. Далее будем определять его как комбинированный автоэмиттер. Выводятся расчетные формулы для конструирования таких эмиттеров, и предлагается технология для их формирования.
В настоящее время графен привлекает внимание многих разработчиков электронной аппаратуры благодаря своим уникальным электронным и механическим свойствам. Среди этих свойств, для применений в электронной микроскопии, используется свойство прозрачности графена для электронов в широком диапазоне энергий [49 - 51].
Поскольку графен обладает высокой проводимостью и хорошей проницаемостью для падающих нормально к плоскости графена электронов, то он почти идеально может играть роль сетки, используемой для стимуляции полевой эмиссии электронов. Сетка располагается от автоэмиттера на таком расстоянии, при котором у поверхности эмиттера (при соответствующей разности напряжений между сеткой и эмиттером) возникает напряженность электрического поля достаточная для туннелирования электронов из эмиттера в вакуум. Пока нет точных экспериментальных данных о прозрачности графена для электронов. Это связано с трудностью получения абсолютно чистого, совершенного графена. Как правило, на графене всегда остаются некоторые посторонние включения, которые искажают картину проникновения электронов через графен. Поэтому сделаем только предварительную оценку ослабления электронного потока, проходящего через графен. Для этого воспользуемся выражением которое отражает потери энергии Е электрона, при его движении в веществе [41]. Здесь N - количество атомов в кубическом метре, Z - номер атома в таблице Менделеева, е - заряд электрона, є - диэлектрическая постоянная вакуума, Еіоп -ионизационный потенциал атома.
Будем считать, что ослабление энергии электрона при его прохождении через графен равно ослаблению в графите соответствующей толщины. Зависимость между энергией Е0 электрона, падающего нормально на графитовую пластинку толщиной /, и энергией электрона Е\ при выходе из пластинки, дается следующим интегральным выражением. в котором размерности Е0, Eh Еіоп берутся в эВ, а / - в нм. Полагая, что падающий электрон взаимодействует только с валентными электронами графита, за ионизационный потенциал берем первый ионизационный потенциал для углерода равный Eion = 11,26 эВ. Считаем также, что при выходе из пластины графита электрон имеет энергию Ej = Eion, так как электрону необходима некоторая энергия, чтобы иметь возможность свободно удалится от поверхности пластинки (т.е. имеем «оценку сверху»). При сделанных предположениях, получена зависимость / от Е0, которая представлена на рис. 4.2. Для оценки энергии необходимой электрону для свободного прохождения через графен, следует знать толщину графена. В работе [51] сделана теоретическая и экспериментальная оценка толщины графена и в качестве последней принята толщина равная двойному ковалентному радиусу углерода в графите, т.е. 0,146 нм. Из рисунка 4.2 видно, что электроны с энергией E0 = 60 эВ должны легко проходить через графен. Отметим, что это лишь предварительная оценка и необходимо провести более точные экспериментальные исследования. Как управляющий электрод для автоэмиссионного катода, графен обладает уникальным свойством по сравнению с металлической сеткой. При увеличении энергии эмитирующих электронов доля рассеиваемой энергии электронов в металлической сетке тоже увеличивается, в силу чего сетка разогревается и провисает. Графен же
Зависимость Е от Е/Еіоп представлена на рис. 4.3. Из этой зависимости видно, что при энергии электрона 1 кэВ поглощаемая энергия составляет всего 5 эВ, что составляет около 0,5% от энергии электрона, проходящего через мембрану.
Учитывая высокую теплопроводность графена и его уникальные механические свойства, можно полагать, что особенного разогрева и деформации графена не произойдет. Точный учет степени разогрева графена предполагается выполнить в дальнейших исследованиях.
Рис. 4.3. Зависимость поглощаемой в графеновой мембране энергии электрона, подающего нормально на мембрану, от его относительной энергии. На рисунке 4.4 показана конструкция комбинированного автоэмиттера, у которого графен используется как управляющий электрод. Здесь 1 эмитирующий электроны конусообразный выступ; 2 - графен; 3 - диэлектрик; 4 проводящая подложка. Графен имеет предельные конструктивные параметры, чего нельзя сказать о конструкции эмитирующего электроны конусообразного выступа. Поэтому следует оптимизировать эмиссионные свойства конусообразных микроэмиттеров.
