Вакуумно-плазменные процессы при экстремальной полевой эмиссии в алмазографитовых источниках электронов

Для создания элементной базы вакуумной микроэлектроники и сильноточных автоэмиссионных катодов, применяемых для устройств генерации сигналов СВЧ и субтерагерцового диапазонов, одним из перспективных материалов являются наноуглеродные пленочные структуры. Известно, что функционирование сильноточных автоэмиссионных катодов сопровождается рядом сопутствующих явлений, которые влияют на стабильность и долговечность их работы, в частности приводят к возникновению неуправляемых режимов эксплуатации. Поэтому исследование причин, приводящих к возникновению данных режимов, и возможности создания более стабильных и долговечных полевых источников электронов на основе таких катодов является актуальной задачей. Цель - исследование: а) возможности создания сильноточных полевых источников электронов на основе тонкопленочных планарно-торцевых наноалмазографитовых структур, удовлетворяющих различным схемотехническим требованиям; б) причин возникновения неуправляемых режимов эксплуатации, приводящих к изменению вольт-амперных характеристик. В результате проведенных исследований был установлен различный характер вакуумно-плазменных процессов при экстремальной полевой эмиссии в алмазографитовых источниках электронов с различным поверхностным сопротивлением используемых углеродных пленочных структур. В случае низкоомных сильноточных планарно-торцевых автоэмиссионных структур основным характером разрушения является возникновение на катоде «сетки» электротепловых пробоев, характерных для тонких диэлектрических покрытий при протекании скользящего поверхностного электрического разряда. В случае высокоомных алмазографитовых пленочных структур основным характером разрушения при экстремальных режимах эксплуатации является эрозия той области, откуда происходит эмиссия электронов. Установлено, что при превышении напряженности поля в зазоре между катодом и анодом определенной величины возникают катодное свечение и самопроизвольные увеличения полевого тока. Процесс сопровождается напылением атомов углерода на анод и в межэлектродный промежуток. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования долговечности и стабильности сильноточных полевых источников электронов на основе алмазографитовых пленочных структур в зависимости от их конструкции, электрофизических характеристик и вакуумных условий эксплуатации.