Cтраница 3
Между ними есть принципиальные различия, которые будут рассмотрены в этой главе. Все группы углеродных материалов имеют широкое применение. Для автоэлектронных катодов выбирают те модификации, которые обладают наилучшими автоэмиссионными свойствами. [31]
Конечно, далеко не всегда в приборе возможно создать на катоде сильное ускоряющее поле, необходимое для получения автоэлектронной эмиссии. Это ограничивает область применения авто-электройных катодов. Но главное препятствие для практического применения автоэлектронных катодов состоит в том, что до сих пор не удается решить вопрос об их стабильности и долговечности. Это требование для технических приборов пока невыполнимо. Кроме того, на стабильность эмиссии сильное влияние оказывает адсорбция катодом остаточных газов. [32]
В ходе исследовательской фазы работы над компонентами были изготовлены триоды микронных размеров с автоэлектронным катодом. Эти приборы характеризуются большим коэффициентом усиления по мощности и плотностью анодного тока порядка нескольких миллионов А / см2 при расчетном времени переключения менее 10 - 12 с. На рис. 8.2 изображен активный элемент с автоэлектронным катодом. Такой элемент имеет многослойную пленочную структуру, а ее коэффициент усиления по напряжению лежит в пределах от 0 5 до нескольких сотен в зависимости от формы прибора. Оптимальное рабочее напряжение для этих приборов находится вблизи 50 В при минимуме 20 В и максимуме 100 В. Расчетная величина времени переключения при 0 1 мА равна 10 - 10 с. Ток прибора в состоянии покоя равен около 10 - 14 А. [33]
Таким образом, попытки использовать автоэлектронную эмиссию встречаются пока с серьезными техническими трудностями. Однако уже известны примеры, когда удавалось добиться устойчивой работы автоэлектронного катода, имевшего форму острия в течение сотен часов. Поэтому можно надеяться, что в недалеком будущем будут разработаны технически приемлемые автоэлектронные катоды. [34]
Катодолюминесцентные источники света [1] с автокатодами из углеродных волокон имеют ряд преимуществ таких, как надежность работы, высокий КПД, долгий срок службы, короткое время переключения. Автоэлектронные катоды [2] не требуют накала, они не инерционны, устойчивы к температурным колебаниям, для них характерны высокая плотность эмиссионного тока и высокая крутизна вольтамперной характеристики. Они значительно дешевле и устойчивее металлических и полупроводниковых катодов, требующих для стабильной работы более высокого вакуума. Катоды из углеродных волокон без существенной деградации эмиссии выдерживают вакуумные пробои, что недопустимо для подавляющего большинства других типов автоэлектронных катодов. [35]
В проблеме получения больших автоэмиссионных токов, а, следовательно, и использования автокатодов с большой рабочей площадью, решающую роль играет геометрическая неоднородность микровыступов по рабочей поверхности катода. Однако неизбежно присутствующие при автоэмиссии адсорбция остаточных газов и ионная бомбардировка приводят к неодинаковому изменению радиусов закругления микровыступов или, если следовать терминологии уравнения Фау-лера - Нордгейма, форм-фактора. Это приводит к перегрузке отдельных микровыступов, их взрывному испарению, разряду между катодом и анодом, и, как следствие, к деградации катода. В случае автокатодов из углеродных материалов геометрическую однородность эмиттирующих микровыступов создать практически невозможно. Поэтому основным инструментом, выравнивающим эмиссионные характеристики поверхности автокатода, является формовка, о чем уже неоднократно упоминалось. Однако, как показано выше, простая формовка для автокатодов большой площади не приносит желаемых результатов. Это связано, по-видимому, не только с большой неравномерностью микро -, но и макроповерхности катода, а также с изменениями расстояния анод-катод, которые при их малой величине играют очень большую роль. Такие операции осуществляются с помощью вычислительно-управляющих комплексов на базе ЭВМ путем снятия вольт-амперных характеристик до токов, ббльших первоначального значения для формовки, после чего производится повторная формовка автокатода. После ее окончания вольт-амперная характеристика в области больших токов практически не изменяется ( в координатах Фаулера-Нордгейма), а в области минимальных токов - сдвигается до попадания в требуемый допуск. На основании указанных операций получен [214] автоэмиссионный ток 100 мА в непрерывном режиме с 9 автоэлектронных катодов из пучков углеродных волокон диаметром 70 мкм. [36]