Разработка и исследование полевых эмиттеров для коротковолновых СВЧ приборов в СПбПУ: Последние достижения

Тема и цель исследования. Приведены данные о последних достижениях авторов по разработке и исследованию полевых эмиттеров для электронно-пучковых СВЧ приборов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн. Методы. Описаны методы создания и характеристики представляющих большой практический интерес катодов нового типа: многоострийных кремниевых катодов с двухслойными металлфуллереновыми покрытиями, а также многослойных нано-структурированных катодов, эмиссия которых определяется полями у контакта материалов с разной работой выхода. Для оптимизации катодов и определения их эмиссионных характеристик проводились численные расчеты и экспериментальные исследования. Важнейшие отличительные черты использованных экспериментальных установок: $\bullet$ возможно оперативное изменение давления от минимального $10^{-9}$–$10^{-10}$ Torr до $10^{-6}$ Torr и обратно; $\bullet$ возможно проведение ряда технологических операций непосредственно в вакуумной камере, в том числе, по нанесению и обработке покрытий; $\bullet$ возможно исследование эмиссионных характеристик катодов в непрерывном и импульсном режимах в широком интервале напряжений (до 15–25 kV) и токов (до 0.5 A). Результаты. Получено большое количество новых результатов, в том числе: $\bullet$ отработаны достаточно простые и воспроизводимые технологии создания многоострийных и многослойных эмиттеров; $\bullet$ определен механизм функционирования защитных фуллереновых покрытий; $\bullet$ определены оптимальные структура и морфология поверхности многоострийных катодов с металл-фуллереновыми покрытиями и продемонстрирована возможность получения с их помощью токов полевой эмиссии приблизительно до 100 mA при плотности тока до 0.4 A/cm$^2$; $\bullet$ определена оптимальная структура многослойных гафний-платиновых катодов и продемонстрирована возможность получения с их помощью токов эмиссии около 2 mA при чрезвычайно большой плотности тока около 200 A/cm$^2$; $\bullet$ продемонстрирована возможность длительной стабильной работы созданных катодов при отборе больших токов в условиях технического вакуума. Обсуждение. Созданные и исследованные катоды перспективны для использования в миниатюрных высоковольтных электронно-пучковых СВЧ устройствах миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.