Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 5-9
ГЛАВА I. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РА
БОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ТКРВ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕС
КИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 10
1.1. О температурной зависимости работы выхода
электрона 10-17
1.2. Современные теории анизотропии ТКРВ . . . 18-27
1.3. Экспериментальные исследования ТКРВ монокрис
таллических поверхностей 28-43
1.4. Выводы из обзора и постановка задач диссерта
ции -. 43-44
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИ
МОСТИ РАБОТЫ ВЫХОДА 45
2.1. Анализ кривой задержки в методе Шелтона . 45-49
2.2. Обоснование выбора методики 49-52
2.3. Конструкция экспериментального прибора 52
2.3.1. Препарирование монокристаллических
эмиттеров 52-55
Экспериментальный прибор 55-58
Вакуумные условия 58-60
2.4. Анализ чистоты исследованных поверхностей 60-67
2.5. Электрическая схема измерения 67-71
2.6. Юстировка прибора и ее разрешающая, способность 71-77
2.7. Оценка и учет поправок к величине задерживаю
щего потенциала 77
2.7.1. Поправка на термо э.д.с. между эмиттером
и коллектором 77-80
2.7.2. Оценка величин возможных падений напряжений 80-81
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 82
3.1. Влияние адсорбции молекул остаточного газа
на коллекторе на кривые задержки 82-86
3.2. Исследование ТКРВ контрастных граней вольфрама 86
Процедура и результаты измерений ТКРВ вольфрама 86-93
Определение термоэмиссионных параметров исследованных граней монокристалла вольфрама 93-95
Контроль согласованности полученных результатов 95-99
3.3. Исследование ТКРВ основных граней монокристал
ла молибдена 99
3.3.1. Исследование влияния состояния поверхности
коллектора на результаты измерения ТКРВ
эмиттера 99-104
3.3.2. Исследование ТКРВ плотноупакованных граней
(100) и (НО) монокристалла молибдена . . 104-107
3.3.3. Определение термоэмиссионных параметров ис
следованных граней молибдена І07-113
3.4. Исследование упругого отражения медленных
электронов от поверхности граней Mo . . . . ІІЗ-ІІ4
Методика исследования КУО медленных электронов в приборе типа Шелтона ІІ4-ІІ8
Энергетическая зависимость КУО медленных электронов от граней монокристалла молибдена П8-І23
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ . . 124 4.1. Температурная зависимость работы выхода граней
монокристаллов 124-130
4.2. Анализ анизотропии ТКРВ граней монокристал
ла молибдена с точки зрения современных те
орий 130-133
4.3. Оценка вклада термогенерации точечных дефектов на поверхности грани в ее ТКРВ . . . 133-143
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 144-146
ЛИТЕРАТУРА 147-156
Введение к работе
Температурный коэффициент работы выхода (ТКРВ) однородной поверхности является, наряду с самой работой выхода, важнейшей эмиссионной характеристикой поверхности.Из-за отсутствия в настоящее время законченной теории работы выхода и ее температурной зависимости, значения этих величин для различных однородных эмиттеров определяется экспериментально. В частности, для основных граней монокристаллов важнейших тугоплавких металлов ( W , Та , Mo ,N6 ,V, Nl,Re ) достаточно надежно определены значения работ выхода /I/. Значения ТКРВ для подавляющего большинства однородных поверхностей неизвестны вовсе, а отдельные значения для ряда граней монокристаллов W/2-8/, N6 /9/, Та /10-11/, Си /13-12/ и N1 /14/, полученные в опытах разных авторов, плохо согласуются друг с другом. Литературные данные ТКРВ для этих кристаллов противоречивы не только по величине, но и по знаку. Основной причиной такого положения являются значительные технические трудности экспериментального определения ТКРВ чистых однородных поверхностей. Необходимо иметь в виду, что целый ряд зависящих от температуры факторов (адсорбция на поверхности молекул остаточного газа, .диффузия примесей из объема кристалла, дефекты кристаллической решетки и др.) приводят к температурной зависимости работы выхода, могущей значительно превысить истинную температурную зависимость работы выхода чистой однородной поверхности.
Трудности, возникающие при измерении ТКРВ, очевидно, обусловлены малым абсолютным значением этого коэффициента(порядка 10~4 - 10"^ эВ К"1), что предъявляет к эксперименту особые требования по чистоте и однородности поверхности и чувствитель-
ности измерительной аппаратуры. Проведенные до настоящего времени измерения не дали исчерпывающих результатов из-за несоблюдения указанных требований в полной мере. Пока не представляется возможным сделать какие-то общие выводы о механизмах, обуславливающих температурную зависимость работы выхода чистой однородной поверхности.
Для создания последовательной теории температурной зависимости работы выхода, для понимания механизмов, ответственных за изменение работы выхода с температурой, необходимо иметь большое число экспериментальных данных, выполненных на однородных поверхностях различных материалов и в соответствующих условиях.
Поэтому для решения проблемы температурной зависимости работы выхода большое внимание в эмиссионной электронике уделяется актуальной задаче - экспериментальному измерению работы выхода и ее температурного коэффициента для набора граней монокристаллов металлов.
Наиболее удобными объектами исследования ТКРБ являются низкоиндицированные грани монокристаллов тугоплавких металлов. Чистота поверхности в этом случае может быть достигнута достаточно интенсивной термической обработкой в высоком вакууме без нарушения кристаллической структуры образца.
Для одного из важнейших в электровакуумном производстве материала - молибдена - до нас не была измерена температурная зависимость работы выхода ни для одной грани.
Основной целью диссертационной работы являлось установление кристаллографической зависимости температурного коэффициента работы выхода основных граней монокристалла Мо.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены
конкретные задачи, решение которых выносится на защиту:
Разработка экспериментального прибора и измерительного комплекса, позволяющего в автоматическом режиме записывать кривые задержки термоэлектронной эмиссии однородного эмиттера при различных температурах.
Результаты измерения ТКРВ основных граней (110),(112), (100) и (III) монокристалла Мои (НО), (III) монокристалла WV
Результаты измерения коэффициента упругого отражения медленных электронов от граней (ПО), (112), (100), (III) Мо.
Результаты измерения термоэлектронных параметров указанных граней Мо и W .
Теоретический расчет вклада термостимулированных точечных дефектов на поверхности однородной грани в температурную зависимость работы выхода.
Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем:
Впервые измерены ТКРВ основных граней (ПО), (100), (112) и (III) монокристалла молибдена и методом Шелтона получены значения ТКРВ для граней (ПО) и (III) вольфрама.
Впервые модификацией метода Шелтона исследована энергетическая зависимость коэффициента упругого отражения медленных (до 20 эВ) электронов от граней (ПО), (112), (100) и (III) молибдена.
Впервые теоретически рассмотрена модель температурной зависимости работы выхода, обусловленная термогенерацией точечных дефектов на поверхности.
Установлено максвелловское распределение электронов по энергиям, эмиттированных с однородных поверхностей вольф-
рама и молибдена.
Полученные в работе результаты имеют определенное научное и практическое значение. Экспериментальные исследования анизотропии ТКРВ монокристаллов тугоплавких металлов способствуют построению общей теории работы выхода однородных поверхностей и выяснению механизмов температурного изменения работы выхода. Предложенная в работе теоретическая модель температурной зависимости работы выхода за счет термогенера-ции точечных дефектов и выполненные расчеты свдцетельствуют о существенной роли этого процесса в механизме температурной зависимости.
Данные о ТКРВ отдельных граней монокристаллов тугоплавких металлов могут быть использованы при конструировании приборов новой техники (ТЭПы, МГД генераторы, электровакуумные приборы и др.)
Определенное научно-практическое значение имеют разработанные в диссертации методические вопросы: впервые в СССР использована усовершенствованная методика Шелтона, позволяющая комплексно исследовать важнейшие эмиссионные параметры однородных поверхностей (работа выхода, термоэлектронная постоянная, ТКРВ, коэффициент упругого отражения медленных электронов и его энергетическая зависимость).
Диссертация состоит из 4 глав. В первой главе дан обзор работ по теоретическому и экспериментальному исследованию ТКРВ. Во второй главе изложена разработанная методика экспериментальных исследований. В третьей главе приведены результаты экспериментов. В четвертой главе проведено обсуждение полученных результатов, сопоставление их с существующими теоретическими моделями, а также изложен выполненный теоретичес-
кий расчет о вкладе в температурную зависимость работы выхода термостимулированного образования точечных дефектов на поверхности идеальной грани.
