Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Соминский Г. Г., Тумарева Т. А. Разработка и совершенствование полевых эмиттеров на основе содержащих углерод материалов // Известия вузов. ПНД. 2009. Т. 17, вып. 3. С. 17-54. DOI: 10.18500/0869-6632-2009-17-3-17-54

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 2009no3p017.pdf
(загрузок: 239)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Обзоры актуальных проблем нелинейной динамики
Тип статьи: 
Обзорная статья
УДК: 
537.5
DOI: 
10.18500/0869-6632-2009-17-3-17-54

Разработка и совершенствование полевых эмиттеров на основе содержащих углерод материалов

Авторы: 
Соминский Геннадий Гиршевич, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Тумарева Татьяна Алексеевна, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Аннотация: 

Описаны достижения и проблемы в создании полевых эмиттеров для вакуумных СВЧ-устройств. Основное внимание уделено эмиттерам на основе содержащих углерод материалов для высоковольтных электронных устройств, работающих в техническом вакууме 10−6 − 10−8 Торр. Приведен краткий обзор существующих разработок и описаны результаты исследований, выполненных в СПбГПУ. 

Ключевые слова: 
Полевые эмиттеры
углеродные и содержащие углерод материалы
фуллереновые покрытия
Вакуумная СВЧ-электроника
технический вакуум
сильные электрические поля
большие токи
долговечность
активировка
ионная обработка
Список источников: 
  1. Бондаренко Б.В., Селиверстов В.А., Шаховской А.Г., Шешин Е.П. //Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32, No 1. С. 199.
  2. Гуляев Ю.В., Григорьев Ю.А., Синицын Н.И. и др. //Материалы Всероссийской межвузовской конференции «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ». Саратов: Изд. ГосУНЦ «Колледж». 1997. С. 90.
  3. Шешин Е.П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов. М.: Изд. МФТИ, 2001. 288 с.
  4. Fowler R.H., Nordheim L. Electron emission in intence electric fields //Proc. R. Soc. 1928. A 119. P. 173.
  5. Good R.H., Mueller E.W. Field Emission //Handbuch der Physik. 1956. Vol. 21 / Ed. S. Fluegge (Berlin: Springer). P. 176.
  6. Hawkes P.W., Kasper E. Applied geometrical optics //Principles of Electron Optics. 1996. Vol. II (New York: Academic).
  7. Shakir M.I., Nadeem M., Shahid S.A., Mohamed N.M. Carbon nanotube electric field emitters and applications //Nanotechnology. 2006. Vol. 17, R41-R56.
  8. Nilsson L., Groening O., Emmenegger C. et al. Scanning field emission from patterned carbon nanotube films //Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 76, No 15. P. 2071.
  9. Бочаров Г.С., Елецкий А.В. Влияние экранировки на эмиссионные характеристики холодных полевых катодов на основе углеродных нанотрубок //ЖТФ. 2005. Т. 75, No 7. С. 126.
  10. Martin E.E., Trolan J.K., Dyke W.P. Stable, high density field emission cold cathode //J. Appl. Phys. 1960. Vol. 31, No 5. P. 782.
  11. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: «Наука», 1989. C. 69.
  12. Шарбонье Ф.М., Барбур Дж.Р., Гаррет Л.Ф., Дайк В.П. Исследование природы и прикладных свойств холодной эмиссии на СВЧ //ТИИЭР. 1963. Т. 51, No 7. С. 989.
  13. Афанасов С.Г. и др. О некоторых результатах экспериментального исследования низковольтных электронно-вакуумных приборов СВЧ //Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16, No 11. С. 1773.
  14. Трубецков Д.И., Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике //Саратов: Изд. ГосУНЦ «Колледж», 1996. 238 с.
  15. Spindt C.A., Brodie I., Humphrey L., Westerberg E.R. Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones //J. of Appl. Phys. 1976. Vol. 47, No 12. P. 5248.
  16. Brodie I., Spindt C.A. //Microelectronics. Advances in Electronics and Electron Physics. 1992, Vol. 83. P. 1.
  17. Spindt C.A., Holland C.E., Rosengreen A., Brodee I. Field-emitter arrays for vacuum microelectronics //IEEE Trans. on ED. 1991. Vol. ED-38, No 10. P. 2355.
  18. Garven M., Spark S.N., Cross A.W., Cooke S.J., Phelps A.D.R. Gyrotron experiments employing a field emission array cthode //Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 77, No 11. P. 2320.
  19. Spindt C.A., Holland C.E., Schwoebel P.R., Brodie I. Field emitter array development for microwave applications //J. Vac. Sci. Technol. B. 1996. Vol. 14. P. 1986.
  20. Spindt C.A., Holland C.E., Schwoebel P.R., Brodie I. Field emitter array development for microwave applications // J. Vac. Sci. Technol. B. 1998. Vol. 16. P. 758.
  21. Makishimia H., Imura H., Takahashi M. et al. Remarkable improvements of micro-wave electron tubes through the development of cathode materials //In Tech. Dig. Of the 10th Int. Vacuum Microelectronics Conf. (Aug. 17-21 1997, Kyonggiu, Korea), EDIRAK, Seoul, 1997, p. 194.
  22. Whaley D.R., Armstrong C.M., Gannon B. et al. PPM focused TWT using a field emitter array cold cathode //In Proc. IEEE Int. Conf. Plasma Sci. (Piscataway, NJ), 1998.
  23. Whaley D.R., Gannon B.M., Smith C.R. et al. Application of field emitter arrays to microwave power amplifiers //IEEE Trans. on Plasma Sci. 2000. Vol. 28, No 3. P. 727.
  24. Whaley D.R. et al. Experimental demonstration of an emission-gated travelling wave tube amplifier //IEEE Trans. on Plasma Sci. 2002. Vol. 30, No 3. P. 998.
  25. Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M. et al. Operation of a low-voltage high transconductance field emitter array TWT //Conference Absracts of The 35th IEEE International Conference on Plasma Science (June 15-19, 2008, Karlsruhe, Germany), p. 310.
  26. Baker F.S., Osborn A.R., Williams J. The carbon fibre field emitter //J. Phys. D: Appl. Phys. 1974. Vol. 7, No 15. P. 2105.
  27. Braun E., Smith J.E., Sykest D.E. Carbon fibers as field emitter //Vacuum. 1975. Vol. 25, No 9/10. P. 425.
  28. Бондаренко Б.В., Черепанов А.Ю., Шахбазов С.Ю. и др. Сильноточный автокатод на основе углеродных волокон //Электронная техника, сер.1, Электроника СВЧ. 1987, No 10. C. 45.
  29. Бондаренко В.Б., Габдулин П.Г., Гнучев Н.М. и др. Эмиссионные характеристики порошков из нанопористого углерода //ЖТФ. 2004. Т. 74, No 10. С. 113.
  30. Бондаренко В.Б., Габдуллин П.Г., Гнучев Н.М., Давыдов С.Н. Эмиссионная способность углеродных наноструктур, полученных из карбидов //Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2008. No 3(59). С. 165.
  31. Бондаренко Б.В., Ильин В.Н., Шешин Е.П. и др. Эмиссионные характеристики автокатодов из пластин пирографита //Электронная техника, сер.1, Электроника СВЧ. 1988. No 1. С. 34.
  32. Суворов А.Л., Шешин Е.П., Протасенко В.В. и др. Микрошероховатые плоские автоэмиссионные катоды из графита, полученные радиационным способом //ЖТФ. 1996. Т. 66, No 7. С. 156.
  33. Grigoriev Y.A., Petrosyan A.J., Penzyakov V.V. et al. Experimental study of matrix carbon field-emission cathodes and computer aided design of electron guns for microwave power devices, exploring these cathodes //J. Vac. Sci. Technol. В 15(2), War/Apr. 1997. P. 503.
  34. Андреев К.В., Григорьев Ю.А., Милютин Д.Д. и др. Импульсные автоэмиссионные источники электронов на основе углеродных микро и наноструктур для лучевых СВЧ-приборов: численное и экспериментальное исследование //В сборнике: Материалы 13 зимней школы-семинара по СВЧ электронике и радиофизике (Саратов, 31 января – 5 февраля 2006). Саратов. 2006. Изд. ГосУНЦ «Колледж». С. 64.
  35. Савельев С.Г., Синицын Н.И., Торгашов Г.В., Григорьев Ю.А. Исследование пленочных углеродных катодов, полученных методом пиролиза гептана //В сб. Материалы международной межвузовской конференции «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ» (20–24 марта 2001, Саратов), с. 138.
  36. Dzbanovsky N.N., Pilevsky A.A., Suetin N.V., Rakhimov A.T., Timofeev M.A. Cold cathode and methods for producing the same //United States Patent No 6,593,681 B1. Date of Patent: Jul. 15, 2003.
  37. Дзбановский Н.Н., Минаков П.В., Пилевский А.А., Рахимов А.Т. и др. Сильноточная электронная пушка на основе автоэмиссионного катода и алмазной сетки //ЖТФ. 2005. Т. 75, No 10. с. 111.
  38. Bonard J.M., Maier F., Stokli T. et al. Field emission properties of multiwalled carbon nanotubes //Ultramicroscopy. 1998. Vol. 73(7).
  39. Teo K.B. et al. Plasma enhanced chemical vapour deposition carbon nanotubes/nano fibers: how uniform do they grow? //Nanotechnology. 2003. Vol. 14, 204.
  40. Milne W.I., Teo K.B.K., Amaratunga G.A.J. et al. Carbon nanotubes as field emission sources //J. Mater. Chem. 2004. No 14. P. 933.
  41. Purcell S.T., Vincent P., Journet C., Binh V.T. Hot nanotubes: stable heating of individual multiwall carbon nanotubes to 2000 K induced by the field emission current //Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 88. P. 105502.
  42. Vincent P., Purcell S.T., Journet C., Binh V.T. Modelization of resistive heating of carbon nanotubes during field emission //Phys. Rev. 2002. Vol.B 66. P. 075406.
  43. Бочаров Г.С., Елецкий А.В. Тепловая неустойчивость холодной полевой эмиссии углеродных нанотрубок //ЖТФ. 2007. Т. 77, No 4. С. 107.
  44. Yue G.Z., Qiu Q., Gao Bo et al. Generation of continuous and pulsed diagnostic imagine X-ray radiation using a carbon-nanotube-based field-emission cathode // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81, No 2. P. 355.
  45. Ding Ming Q., Li Xinghui, Bai Guodong et al. Fabrication of Spindt-type cathodes with aligned carbon nanotube emitters // Appl. Surf. Sci. 2005. Vol. 251. P. 201.
  46. Fujii Shunjiro, Honda Shin-ichi, Machida Hironobu et al. Efficient field emission from an individual aligned carbon nanotube bundle enhanced by edge effect //Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 90. 153108-1.
  47. Krauss A.R., Auciello O., Ding M.Q. et al. Electron field emission for ultranano-crystalline diamond films //J. of Appl. Phys. 2001. Vol. 89, No 5. P. 2958.
  48. Рахимов А.Т., Самородов В.А., Солдатов Е.С. и др. Исследование полевой эмиссии нанокристаллических алмазных пленок методом сканирующей тун- нельной микроскопии //Поверхность. 1999. No 7. С. 43.
  49. Рахимов А.Т., Самородов В.А., Солдатов Е.С. и др. Исследование корреляции эмиссионыых и структурных характеристик алмазных пленок методом сканирующей туннельной микроскопии //Поверхность. 1999. No7. С. 47
  50. Rakhimov A.T., Suetin N.V., Soldatov E.S. Scanning tunneling microscope study of diamond films for electron field emission //Vacuum Science Technology. 2000. Vol. B18. P. 76.
  51. Uppireddi Kishore, Weiner Brad R., Moreli Gerardo. Studi of the temporal current stability of field-emitted electrons from ultrananocrystalline films // J. of Appl. Phys. 2008. Vol. 103. 104315(1-5).
  52. Sinitsyn N.I., Gulyaev Y.V., Torgashov G.V. et al. Thing films consisting of carbon nanotubes as a new material for emission electronics //Appl, Surf. Sci. 1997. Vol. 111. P. 145.
  53. Fursey G.N., Novikov D.V., Dyuzhev G.A. et al. The field emission from carbon nanotubes //Appl. Surf. Sci. 2003. Vol. 215. P. 135.
  54. Фурсей Г.Н., Баскин Л.М. Особенности полевой эмиссии полупроводников //Микроэлектроника. 1997. Т. 26, No 2. С. 117.
  55. Baskin L.M., Fursey G.N. Deсisive role of dip trap states in initiating of vacuum breakdone in presence of dielectric insertions //Proc. of the 13th ISDEIV (Paris, 1988), Part 1. P. 31.
  56. Синицын Н.И., Гуляев Ю.В., Девятков Н.Д. и др. Углеродные нанокластерные структуры – один из материалов эмиссионной электроники будущего //Радиотехника. 2000. No 2. С. 9.
  57. Troillas P., Moliton A., Ratier B. Doping effects induced by potassium ion implantation in solid C60 //Synthetic Metals? 1995. Vol. 73. P. 145.
  58. Troillas P., Ratier B., Moliton A. at all. Field-effect studies of C60 thin films before and after implantation with potassium //Synthetic Metals? 1996. Vol. 81. P. 259.
  59. Suzuki Satoru, Bower Chris, Zhou Otto. Work functions and valence band states of pristine and Cs-intercalated single-walled carbon nanotube bundles //Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 76. P. 4007.
  60. Бобков А.Ф., Давыдов Е.В., Зайцев С.В. и др. Некоторые аспекты использования углеродных материалов в автоэлектронных эмиссионных катодах //ЖТФ. 2001. Т. 71, No 6. С. 95.
  61. Suzuki Satoru, Maeda Fumihiko, Watanabe Yoshio, Ogino Toshio. Electronic structure of single-walled carbon nanotubes encapsulating potassium // Phys. Rev. 2003. Vol.B 67. 115418(1-6).
  62. Campbell E.E.B., Tellgmann R., Krawez N., Hertel I.V. Production LDMS characterization of endohedral alkali-fullerene films //J. Phys. Chem. Solids. 1997. Vol. 58, No 11. P. 1763.
  63. Bagge-Hansen M., Outlaw R.A., Miraldo P. et al. Field emission from Mo2C coated carbon nanosheets //J. of Appl. Phys. 2008. Vol. 103. 014311-(1-9).
  64. Vlahos Vasilios, Morgan Dane, Booske John H. Material analysis and characterization of cesium iodide (CsI) coated C fibers for field emission applications // Conference Abstracts of The 35th IEEE International Conference on Plasma Science (June 15–19, 2008, Karlsruhe, Germany), p. 126.
  65. Sominski G.G., Tumareva T.A., Polyakov A.S., Zabello K.K. Field Emitters with Carbon Containing Coverages and Based on Carbon Fibers: Possibilities of Creation and Use in Microwave Electronics //Proc. of Int Univ. Conf. «Electronics and Radiophysics of Ultra-High Frequences». St.Petersburg State Technical University, St.Petersburg, Russia. May 24–28, 1999. P. 327.
  66. Tumareva T.A., Sominski G.G., Polyakov A.S. Fullerene Coverages Formation on Tungsten Tip Surface at High Electric Fields // ITG-Fachbericht Proceedings «Displays and Vacuum Electronics» (May 2-3, 2001, Garmisch-Partenkirchen, Germany). 2001, VDE Verlag GMBH, Berlin, Offenbach, N165, p. 269.
  67. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Ефремов А.А., Поляков А.С. Острийные полевые эмиттеры с фуллереновым покрытием //ЖТФ. 2002. Т. 72, No 2. С. 105.
  68. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Поляков А.С. Формирование микрообразований с упорядоченной структурой в фуллереновых покрытиях полевых эмиттеров //ЖТФ. 2002. Т. 72, No 2. С. 111.
  69. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Веселов А.А. Активировка калием полевых эмиттеров с фуллереновыми покрытиями //ЖТФ. 2004. Т. 74, No 7. С. 110.
  70. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Бондаренко А.К., Веселов А.А., Светлов И.А. Активирование фуллереновых покрытий полевых эмиттеров потоками атомов и ионов калия // ЖТФ. 2006. Т. 76, No 7. С .81.
  71. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Бондаренко А.К., Морозов А.Н., Светлов И.А. Полевые эмиттеры с фуллереновыми покрытиями и их активировка //Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2006, No 3. С. 51.
  72. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Светлов И.А., Морозов А.Н. Активированные потоком ионов калия полевые эмиттеры с фуллереновыми покрытиями в сильных электрических полях //ЖТФ. 2008. Т. 78, No 11. С. 119.
  73. Соколов В.И., Станкевич И.В. Фуллерены – новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойства //Успехи химии. 1993. Т. 62, No 5. С. 455.
  74. Ходорковский М.А., Мурашов С.В., Артамонова Т.О. и др. Исследование энергии связи между молекулами фуллерена в тонких пленках //Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30, No 4. С. 1.
Поступила в редакцию: 
26.02.2009
Принята к публикации: 
26.02.2009
Опубликована: 
31.07.2009
Краткое содержание:
Иконка PDF a2009no3p017.doc_.pdf
(загрузок: 105)
  • 1773 просмотра