stringtranslate.com

Массив полевых эмиттеров

Полевой эмиттер из карбида кремния (SiC), изготовленный NIST в 2013 году. Он создает поток электронов, сравнимый с термоэлектронной эмиссией , но без необходимости использования разрушительного тепла. Его изготавливали путем вытравливания некоторого количества материала для создания пористой структуры с большой площадью поверхности. По мере того как точка эмиссии электронов на отдельном шипе изнашивается, на ее замену появляется другая, что делает массив более долговечным. [1] [2]

Матрица полевых эмиттеров (FEA) представляет собой особую форму источника полевых электронов большой площади . ФЭА изготавливаются на кремниевой подложке с помощью литографических методов, аналогичных тем, которые используются при изготовлении интегральных схем. Их структура состоит из множества отдельных одинаковых эмиттеров электронов малого поля, обычно организованных в регулярную двумерную структуру. FEA следует отличать от источников большой площади типа «пленка» или «мат», в которых тонкий пленкообразный слой материала наносится на подложку с использованием равномерного процесса осаждения в надежде или ожидании, что (в результате статистических неравномерностей в процессе) эта пленка будет содержать достаточно большое количество отдельных эмиссионных участков.

Массивы Шпиндта

Исходной решеткой полевых эмиттеров была матрица Спиндта , в которой отдельные полевые эмиттеры представляют собой небольшие острые молибденовые конусы. Каждый из них расположен внутри цилиндрической полости в оксидной пленке, а противоэлектрод нанесен на верхнюю часть пленки. Противоэлектрод (называемый «затвором») содержит отдельную круглую апертуру для каждого конического эмиттера. Устройство названо в честь Чарльза А. Спиндта, который разработал эту технологию в SRI International , опубликовав первую статью, описывающую наконечник с одним эмиттером, микроизготовленный на пластине, в 1968 году. [3] Спиндт, Шоулдерс и Хейник подали патент США [4] в 1970 г. для вакуумного устройства, состоящего из набора наконечников эмиттера.

Каждый отдельный конус называется наконечником Шпиндта . Поскольку наконечники Шпиндта имеют острые вершины, они могут генерировать сильное локальное электрическое поле при относительно низком напряжении на затворе (менее 100 В). Используя методы литографического производства, отдельные эмиттеры могут быть упакованы очень близко друг к другу, что приводит к высокой средней (или «макроскопической») плотности тока до 2×10 7 А /м 2 [ нужна ссылка ] . Излучатели типа Шпиндта имеют более высокую интенсивность излучения и более узкое угловое распределение, чем другие технологии FEA. [5]

нано-Массивы Шпиндта

Массивы Nano-Spindt представляют собой эволюцию традиционного излучателя типа Spindt. Каждый отдельный кончик на несколько порядков меньше; в результате напряжения на затворе могут быть ниже, поскольку расстояние от кончика до затвора уменьшается. Кроме того, ток, извлекаемый из каждого отдельного наконечника, ниже, что должно привести к повышению надежности. [6]

Массивы углеродных нанотрубок (УНТ)

Альтернативная форма FEA изготавливается путем создания пустот в оксидной пленке (как в случае с массивом Спиндта), а затем с использованием стандартных методов выращивания одной или нескольких углеродных нанотрубок (УНТ) в каждой пустоте.

Также возможно выращивать «автономные» массивы УНТ.

Приложения

По сути, очень маленькие генераторы электронного пучка, FEA, применяются во многих различных областях. FEA использовались для создания плоских дисплеев (где они известны как автоэмиссионные дисплеи (или «наноэмиссионные дисплеи»). Их также можно использовать в микроволновых генераторах и в радиочастотной связи, где они могут служить катодом в лампы бегущей волны (ЛБВ).

В последнее время возобновился интерес к использованию полевых матриц в качестве холодных катодов в рентгеновских трубках . FEAs предлагают ряд потенциальных преимуществ по сравнению с обычными термоэмиссионными катодами , включая низкое энергопотребление, мгновенное переключение и независимость от тока и напряжения.

Рекомендации

  1. ^ Свенсон (5 марта 2013 г.). «Новый игрок в области технологии электронных полевых эмиттеров способствует улучшению изображений и связи». НИСТ . Проверено 21 августа 2021 г.
  2. ^ "Полевой эмиттер из карбида кремния" . НИСТ . Проверено 21 августа 2021 г.
  3. ^ Спиндт, Калифорния (1968). «Тонкопленочный автоэмиссионный катод». Журнал прикладной физики . Издательство АИП. 39 (7): 3504–3505. дои : 10.1063/1.1656810. ISSN  0021-8979.
  4. ↑ Патент США № 3755704 выдан 28 августа 1973 г.
  5. ^ Спиндт, Калифорния; Броди, И.; Хамфри, Л.; Вестерберг, ER (1976). «Физические свойства тонкопленочных автоэмиссионных катодов с молибденовыми конусами». Журнал прикладной физики . Издательство АИП. 47 (12): 5248–5263. дои : 10.1063/1.322600. ISSN  0021-8979.
  6. ^ Скадуто, Дэвид А.; Любинский, Энтони Р.; Роулендс, Джон А.; Кенмоцу, Хиденори; Нишимото, Норихито; и другие. (19 марта 2014 г.). Исследование пространственного разрешения и временных характеристик SAPHIRE (сцинтилляционный лавинный фотопроводник с высоким разрешением считывания данных с эмиттера) со встроенной электростатической фокусировкой . Том. 9033. ШПИОН. п. С-1. дои : 10.1117/12.2043187.

Смотрите также