stringtranslate.com

Массив полевых эмиттеров

Полевой эмиттер из карбида кремния (SiC), созданный NIST в 2013 году. Он производит поток электронов, сравнимый с термоионной эмиссией , но без необходимости в разрушительном тепле. Он был изготовлен путем травления некоторого материала для создания пористой структуры с большой площадью поверхности. По мере износа точки электронной эмиссии на отдельном шипе, другая доступна для ее замены, что делает массив более долговечным. [1] [2]

Массив полевых эмиттеров (FEA) — это особая форма источника электронов большой площади . FEA изготавливаются на кремниевой подложке с помощью литографических методов, аналогичных тем, которые используются при изготовлении интегральных схем. Их структура состоит из множества отдельных, похожих, малополевых эмиттеров электронов, обычно организованных в регулярный двумерный рисунок. FEA необходимо отличать от источников большой площади типа «пленка» или «мат», где тонкий пленкообразный слой материала наносится на подложку с использованием равномерного процесса осаждения в надежде или ожидании, что (в результате статистических нерегулярностей в процессе) эта пленка будет содержать достаточно большое количество отдельных участков эмиссии.

Спиндт-массивы

Первоначальная решетка полевых эмиттеров представляла собой решетку Spindt , в которой отдельные полевые эмиттеры представляли собой небольшие острые молибденовые конусы. Каждый из них был нанесен внутри цилиндрической полости в оксидной пленке, а противоэлектрод был 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 одиночный наконечник эмиттера, микроизготовленный на пластине в 1968 году. [3] Spindt, Shoulders и Heynick подали патент США [4] в 1970 году на вакуумное устройство, включающее в себя решетку наконечников эмиттеров.

Каждый отдельный конус называется Spindt tip . Поскольку Spindt tip имеют острые вершины, они могут генерировать высокое локальное электрическое поле, используя относительно низкое напряжение затвора (менее 100 В). Используя литографические методы производства, отдельные эмиттеры могут быть упакованы чрезвычайно близко друг к другу, что приводит к высокой средней (или «макроскопической») плотности тока до 2×10 7 А/м 2 [ требуется ссылка ] . Эмиттеры типа Spindt имеют более высокую интенсивность излучения и более узкое угловое распределение, чем другие технологии FEA. [5]

массивы нано-Спиндта

Массивы Nano-Spindt представляют собой эволюцию традиционного излучателя типа Spindt. Каждый отдельный наконечник на несколько порядков меньше; в результате напряжение затвора может быть ниже, поскольку расстояние от наконечника 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 массиве Шпиндта) с последующим использованием стандартных методов выращивания одной или нескольких углеродных нанотрубок (УНТ) в каждой пустоте.

Также возможно выращивание «автономных» массивов УНТ.

Приложения

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

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

Ссылки

  1. ^ swenson (2013-03-05). «Новый игрок в технологии электронного полевого эмиттера улучшает визуализацию и связь». NIST . Получено 2021-08-21 .
  2. ^ "Silicon Carbide Field Emitter". NIST . 5 марта 2013 г. Получено 21 августа 2021 г.
  3. ^ Spindt, CA (1968). «Тонкопленочный автоэмиссионный катод». Журнал прикладной физики . 39 (7). AIP Publishing: 3504–3505. doi : 10.1063/1.1656810. ISSN  0021-8979.
  4. ↑ Патент США 3,755,704, выдан 28 августа 1973 г.
  5. ^ Spindt, CA; Brodie, I.; Humphrey, L.; Westerberg, ER (1976). «Физические свойства тонкопленочных автоэмиссионных катодов с молибденовыми конусами». Журнал прикладной физики . 47 (12). AIP Publishing: 5248–5263. doi : 10.1063/1.322600. ISSN  0021-8979.
  6. ^ Скадуто, Дэвид А.; Любински, Энтони Р.; Роулендс, Джон А.; Кенмоцу, Хиденори; Нишимото, Норихито; и др. (2014-03-19). «Исследование пространственного разрешения и временных характеристик SAPHIRE (сцинтилляционный лавинный фотопроводник с высоким разрешением считывания эмиттера) со встроенной электростатической фокусировкой». В Whiting, Брюс Р.; Хешен, Кристоф (ред.). Medical Imaging 2014: Physics of Medical Imaging . Vol. 9033. SPIE. p. S-1. doi :10.1117/12.2043187.

Смотрите также