О СОВРЕМЕННОМ СОСТОЯНИИ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВАКУУМНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ И МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ С УПРАВЛЯЕМОЙ ЭМИССИЕЙ

В работе коротко изложены некоторые результаты исследований и разработок приборов с управляемой эмиссией (ЛБВ, ЛОВ, карсинотрод, клистроны, а также рентгеновские лампы, полевые эмиссионные дисплеи и др.), которые проводились в течение последних двух десятилетий. Обозначен ряд направлений развития теории приборов с модуляцией эмиссии на поверхности катода. Также рассмотрены созданные в Европе и США программы по вакуумной СВЧ-электронике, направленные на использование новых технологий при освоении терагерцового диапазона и отражающие тенденции последних лет.

Литература

1. Трубецков Д.И., Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. Саратов: Гос УНЦ «Колледж», 1996.

2. Татаренко Н.И., Кравченко В.Ф. Автоэмиссионные наноструктуры и приборы на их основе. М.: Физматлит, 2006.

3. Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки: строение, свойства, применения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006.

4. Spindt C.A., Brodie L., Humphrey L., Westerberg E.R. Physical properties of thinfilm field emission cathodes with molybdenum cones // J. of Appl. Physics. 1976. Vol. 47, No 12. P. 5248.

5. Lockwood N.P., Cartwright K.L., d’Aubigny C.Y., et.al. Development of field emission cathodes, electron gun and a slow wave structure for a terahertz travelling wave tube // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2010. P. 25.

6. Шешин Е.П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов. М.: Физматкнига, 2001.

7. Викулов И. Американская программа по СВЧ вакуумной электронике HiFIVE // Электроника НТБ. 2008. No 5. С. 70.

8. Викулов И. Вакуумная СВЧ электроника. По материалам конференции IVEC 2009 // Электроника НТБ. 2010. No 4. C. 108.

9. Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M., et al. Operation of a low-voltage high-transconductance field emitter array TWT // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2008. P. 78.

10. Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M., et al. 100 W operation of a cold cathode TWT // IEEE Trans. Plasma Sci. 2009. Vol. 56, No 5. P. 896.

11. Dayton J.A., Kory C.L., Mearini G.T. Backward wave oscillator development at 300 and 650 GHz // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2006. P. 423.

12. Dayton J.A., Mearini G.T., Kory C.L., Bower C.A. Fabrication of diamond-based 300 and 650 GHz BWOs // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2007. P. 1.

13. Paoloni C., Carlo A.D., Brunetti F., et.al. Design and Fabrication of a 1 THz Backward Wave Amplifier // Terahertz Science and Technology. 2011. Vol. 4, No 4. P. 149.

14. Guzilov I., Konnov A., Kuzmich K., et.al. Multi Beam S-band Klystron with the field emitter // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2009. P. 366.

15. Краснова Г.М. К двумерной линейной теории взаимодействия электронного потока с бегущей электромагнитной волной: учет влияния пространственного заряда в модели тонкого пучка // Изв. вузов «ПНД». 2010. Т. 18, No 5. C. 151.

16. Krasnova G.M. Interaction of space-charge waves in an electron beam with electro-magnetic waves in a longitudinal magnetic field // Physics of Wave Phenomena. 2011. Vol. 19, No 4. P. 290.

17. Kyhl R.L., Webster H.F. Break of Hollow Cylindrical Electron Beams // IRE Trans. Electron Devices ED-3. 1956. No 4. P. 172.

18. Cutler C.C. Instability in hollow and strip electron beams // Jour. of Applied Physics. 1956. Vol. 27, No 9. P. 1028.

19. Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М.: Советское радио, 1970.

20. Shiffler D., Nation J.A., Kerslick G.S. A high-power, TWT amplifier // IEEE Trans. on Pl. Sci. 1990. Vol. 18, No 3. Р. 546.

21. Imura H., Tsuida S., Takahasi M., et al. Electron gun design for TWT using a field emitter array cathode // Electron Devices Meeting, 1997. IEDM ‘97. Technical Digest. P. 721.

22. Whaley D.R., Gannon B.M., Smith C.R., Armstrong C.M., Spindt C.A. Application of field emitter arrays to microwave power amplifiers // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2000.

23. Whaley D.R., Gannon B.M., Smith C.R., Armstrong C.M., Spindt C.A. Application of field emitter arrays to microwave power amplifiers // IEEE Trans. Plasma Sci. 2000. Vol. 28, No 3. P. 727.

24. Whaley D.R., Gannon B.M., Heinen V.O., et al. Experimential demonstration of an emission-gated TWT amplifier // IEEE Trans. Plasma Sci. 2002. Vol. 30, No 3. P. 998.

25. Викулов И. Мощные СВЧ-модули. Гибрид вакуумной и твердотельной электроники // Электроника НТБ. 2007. No 7. C. 69

26. Li X., Bai G., Ding M., et al. Field emitter array electron gun for travelling wave tubes // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2006. P. 507.

27. Legagneux P., Le Sech N., Guiset P., et. al. Carbon nanotube based cathodes for microwave amplifiers (Keynote Presenation) // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2009. P. 80.

28. Andre F., Ponard P., Rozier Y., et al. TWT and X-Ray devices based on carbon nanotubes // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2010. P. 83.

29. Гуринович А.Б., Кураев А.А., Синицын А.К. Исследование оптимальных вариантов ЛБВ с катодной модуляцией // 9-я Международная Крымская Конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», КрыМиКо 1999. С. 127.

30. Gourinovitch A.B., Kurayev A.A., Popkova T.L., Sinitsyn A.K. Optimized TWT with cathode modulation // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2000.

31. Петросян А.И., Роговин В.И. Расчет электронно-оптических систем ЛБВО с полевой эмиссией. // Прикладная физика. 2008. No 2. С. 86.

32. Dayton J.A., Mearini G.T., Kory C.L., et al. Assembly and preliminary testing of the prototype 650 GHz BWO // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2008. P. 394.

33. Baik C.-W., Son Y.-M., Kim S.I., et al. Microfabricated coupled-cavity backward-wave oscillator for terahertz imaging // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2008. P. 398.

34. Jeon S.G., Shin Y.M., Kim J.I., et al. Photonic Crystal Reflex Klystron using Field Emission Cathode // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2004. P. 120.

35. Park G.-S., Jang K.H., Jeong S.G. et. al. Experimental investigation on high-order-mode photonic crystal reflex klystron using Spindt-type cathodes // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2006. P. 189.

36. Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Sokolov D.V., Trubetskov D.I., Han S.T., Kim J.I., Park G.S. Novel concepts of vacuum microelectronic microwave devices with field emitter cathode arrays // Physics of Plasmas. 2002. Vol. 9, No 9. P. 4020.

37. Солнцев В.А. Карсинотрод. Патент на изобретение No 2121194RU2121194С1.Б.И. No 30.27.10.98 г.

38. Солнцев В.А. Нелинейные явления в вакуумных микроэлектронных структурах // Изв.вузов «ПНД». 1998. Т. 6, No 1. С. 54.

39. Solntsev V.A. Nonlinear analysis of a carcinotrode: a BWO with an automodulation of the cathode emission // Jour. of Communications Technology and Electronics. 2000. Vol. 45, No 1. P. S39.

40. Солнцев В.А., Колтунов Р.П., Мелихов В.О. Исследование характеристик лампы обратной волны с автомодуляцией эмиссии // Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50, No 4. С. 483.

41. Koltunov R., Melikhov V., Solntsev V. Frequency properties of BWO with emission automodulation // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2005. P. 203.

42. Мелихов В.О., Назарова М.В., Солнцев В.А. Моделирование нестационарных процессов в лампе обратной волны с автомодуляцией эмиссии (карсинотроде) // РЭ. 2009. Т. 54, No 12. С. 1481.

43. Назарова М.В., Солнцев В.А., Мелихов В.О. Группирование электронов в оптимальном режиме карсинотрода // РЭ. 2011. Т. 56, No 4. С. 511.

44. Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по СВЧ электронике для физиков. М.:Физматлит, 2003. Т. 1.

45. Кураев А.А., Лукашевич Д.В., Синицын А.К., Сокол В.А. Генерация электромагнитных волн в диодных структурах с автоэмиссионными катодами // 9-я Международная Крымская Конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», КрыМиКо 1999. C. 133.

46. Kurayev A.A., Lukashevich D.V., Sinitsyn A.K. Modeling of Diode Oscillators with Field-Emission Cathodes // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2000.

47. Bower C., Shalom D., Zhu W., et al.  ́ Micromachined Vacuum Triode Using a Carbon Nanotube Cold Cathode // IEEE Trans. Electron Devices 2002. Vol. 49, No 8. P. 1478.

48. Holloway B., Zhu M., Zhao X., et al. Milliamp-Class Back-Gated Triode Field Emission Devices Based on Free-Standing Two-Dimensional Carbon Nanostructures // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2006. P. 517.

49. Tyler T., Shenderova O., Ray M., et al. Buried-line back-gated triode field emission devices // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2006. P. 519.

50. Milne W.I., Teoa K.B., et al. Aligned carbon nanotubes/fibers for applications in vacuum microwave amplifiers // J. Vac. Sci. Technol. 2006. Vol. 24, No 1. P. 345.

51. Riccitelli R., Brunetti F., Petrolati E., et al. Innovative design of nano-vacuum triode // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2007. P. 1.

52. Riccitelli R., Brunetti F., Paoloni C., et al. Field-emission vacuum triode: THz waveguide solutions for the transmission lines // IEEE International Vacuum Electro-nics Conference Proceedings, IVEC 2008. P. 382.

53. Бенедик А.И. Численное моделирование генератора на основе диода с автоэмиссионным катодом и фотонно-кристаллическим резонатором // Изв.вузов «ПНД». 2012. Т. 20, No 2. С. 63.

54. Benedik A.I., Ryskin N.M., Han S.-T. Simulation of the field emission diod oscillator with photonic crystal resonator // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2012. Р. 379.

55. Lei W., Zhang X., Wang B. Field emission display with printable planar triode // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2012. P. 555.

56. Zheng L., Zhu Z., Lei W., et al. Enhanced field emission density current of a planar triode structure with double cathodes // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2012. P. 377.

57. Terranova M.L., Orlanducci S., Tamburri E., et.al. Cold cathodes assembled by microsized cnt systems // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2009. P. 415.

58. Cheng Y., Zhou O. Electron field emission from carbon nanotubes // C.R. Physique. 2003. No 4. P.1021.

59. Modi A., Koratkar N., Lass E., et al. Miniaturized gas ionization sensors using carbon nanotubes // Nature (London). 2003. No 424. P. 171.

60. Espinosa R.J., McKenzie C., Munson M., et.al. X-ray tubes incorporating CNT cathodes // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2004. P. 253.

61. Maslennikov O.Y., Stanislavchik K.V., et.al. Small-sized X-ray tube with the field electron emitter on the base of CNT // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2006. P. 513.

62. Schwoebel P., Holland C.E., Spindt C.A. Field emission arrays for tomographic medical X-ray imaging // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2006. P. 511.

63. Guzilov I., Kuzmich K., Maslennikov O., et.al. Multi beam X-ray tube with field emitter on the base of nanocrystalline graphite for computer tomography // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2009. P. 289.

64. Jeong J.-W., Kim J.-W., Choi S., Kang J.-T., Song Y.-H. The Vacuum-sealed microfocus X-ray tube with CNT field emitters // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2012. P. 93.

65. Kim J.-W., Kang J.-T., Jeong J.-W., Choi S., Kim D.-O. Song Y.-H. The design and fabrication of CNT field emitters for a vacuum-sealed X-ray tube // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2012. P. 103.

66. Kim J.M., Hong J.P., Kim J.W., Choi J.H., Park N.S., Kang J.H., Jang J.E., Ryu Y.S., Yang H.C., Gorfinkel B.I., Roussina E.V. Reliability analysis of 4 in. fieldemission display // Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 1997. Vol. 15, No 2. P. 528.

67. Temple D. Recent progress in field emitter array development for high performance applications // Materials Science and Engineering. 1999. R24. P. 185.

68. Choi W.B., Chung D.S., Kang J.H., et al. Fully sealed, high-brightness carbonnanotube field-emission display // Appl. Phys. Lett. 1999. Vol. 75, No 20. P. 3129.

69. Горфинкель Б.И., Миронов Б.Н., Михайлова В.В., Финкельштейн С.Х., Хазанов А.А., Зелепукин А.В. Патент на изобретение RU2174268С2.

70. http://www.ire.krgtu.ru/subdivision/pc/data/tecnol.htm

71. Будзиаловский В.В., Засемков В.С. Патент на изобретение RU2174266C2.

72. Горфинкель Б.И., Абаньшин Н.П., Хоу В.Х., Крузос Д.А., Наар С., Кастальский А., Шохор С. Патент на изобретение RU2217837С2.

73. Itoh S. et al. Development of field emission display // Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 2004. Vol. 22, No 3. P. 1362.

74. Sakurada K. et al. Development of high resolution Spindt-type FED // IDW06, 2006. P. 1805.

75. Itoh S. et al. Development of field emission display (FEDs) // J. of Vac. Sci. Technol. Microelectronics and Nanometer Structures. 2006. No 6. P. 1821.

76. Mimura H. The status of field emission displays // IEEE International Vacuum Electronics Conference Proceedings, IVEC 2007. P. 1.

77. Abanshin N.P., Yakunin A.N., Gorfinkel B.I. Questions of development of durable flat graphic indicators on the basis of planar-edge auto-emissive structures // Proc. of the 14th International Symposium: Advanced Display Technolodies, Crimea, 2006. P. 16.

78. Фурсей Г.Н. Автоэлектронная эмиссия // Соросовский образовательный журнал. 2000. No 11. C. 96.

79. Jonge N., Lamy Y., Schoots K., Oosterkamp T.H. High brightness electron beam from a multi-walled carbon nanotube // Nature (London). 2002. No 420. P. 393.

 

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF):