eng
Выпуск #5/2024
В. Соляник, А. Мирошниченко
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ТОНКИХ ПЛЕНОК ОСМИЯ НА ЭМИССИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КАТОДА
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ТОНКИХ ПЛЕНОК ОСМИЯ НА ЭМИССИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КАТОДА
Просмотры: 385
DOI: 10.22184/1992-4178.2024.236.5.98.104
В статье представлен обзор исследований влияния основных параметров металлопористых катодов на их эмиссионную способность и долговечность. Особое внимание уделено тонким пленкам, покрывающим эмиссионную поверхность катода. Рассмотрены режимы ионно-плазменного нанесения тонких пленок и методы исследования физических свойств тонких пленок.
В статье представлен обзор исследований влияния основных параметров металлопористых катодов на их эмиссионную способность и долговечность. Особое внимание уделено тонким пленкам, покрывающим эмиссионную поверхность катода. Рассмотрены режимы ионно-плазменного нанесения тонких пленок и методы исследования физических свойств тонких пленок.
Теги: cathode durability emissivity metal porous cathode thin films долговечность катод металлопористый катод тонкие пленки эмиссионная способность
Влияние структуры и свойств тонких пленок осмия на эмиссионную способность и долговечность катода
В.А. Соляник, А.Ю. Мирошниченко, д.т.н
Металлопористые катоды нашли широкое применение в электровакуумных приборах О-типа. В статье рассмотрен обзор работ, посвященных изучению влияния основных элементов металлопористых катодов на их эмиссионную способность и долговечность. Особое внимание уделено современным методам исследования структуры и свойств пленки осмия, которую наносят на поверхность катода. Описаны необходимые направления дальнейших разработок.
Катод является ключевым элементом электровакуумных приборов, он входит в состав электронной пушки, которая имеет широкое применение в разных направлениях: сверхвысокочастотные (СВЧ) – приборы, электронные микроскопы, ускорители заряженных частиц, кинескопы, электронно-лучевые трубки и т. д.
Принцип работы катодов основан на эмиссии электронов: термоэлектронной, автоэлектронной и фотоэлектронной. В данном обзоре рассмотрим термоэмиссионный катод. Явление термоэмиссии открыл Т. Эдисон в 1883 году, обнаружив поток заряженных частиц в лампе накаливания с угольной нитью. Эдисон ошибочно предположил, что заряженные частицы являются ионизированными частицами воздуха или углерода.
Настоящую природу этого явления объяснил в 1899 году Д. Томсон, который доказал, что заряженными частицами являются электроны, показав, что отношение заряда к массе у найденной частицы совпадает со значением этого отношения для электрона.
Сначала использовались катоды, где источником электронов служила проволока, нагревающаяся под действием электрического тока. Такая конструкция называлась катодом прямого накала.
Одни из первых катодов, наиболее близких к современным, были оксидными. Они появились после открытия в 1903 году А. Венельтом высокой термоэлектронной активности окисей щелочноземельных металлов и имели косвенный нагрев. Оксидные катоды до сих пор используются в электровакуумных приборах благодаря большой удельной эмиссии, сравнительно низкой рабочей температуре и высокой экономичности, которая представляет собой отношение тока эмиссии к мощности накала.
Вскоре после разработки оксидных катодов, Ленгмюр и Роджерс обнаружили высокую термоэмиссионную активность проволоки из торированного вольфрама. Это открытие приводит к конструированию катодов на базе тугоплавких металлов, таких как, например, вольфрам.
В 1940-1950 годах электронно-вакуумные приборы (ЭВП) СВЧ-диапазона активно совершенствовались, что вызывало ужесточение требований к катодам. Появилась необходимость получения больших плотностей катодного тока в импульсном режиме в то время, как оксидные катоды были ограничены такими параметрами, как электро- и теплопроводность [1]. Позднее был сформирован целый ряд характеристик, которым должен был соответствовать новый катод: плотность тока в постоянном и импульсном режимах, шероховатость эмиттирующей поверхности, электро- и теплопроводность эмиссионного покрытия, скорость испарения активного вещества с поверхности катода, стабильность эмиссионных параметров при длительной эксплуатации и скорость восстановления работоспособности катода после отравления эмиссии остаточными газами. Таким требованиям частично смог ответить металлопористый катод.
Металлопористые катоды
и основные параметры, влияющие
на их эмиссионную способность
Производство металлопористых катодов (МПК) началось в 1950-х годах. Они состоят из вольфрамовой губки, или W-каркаса, пропитанного активным веществом. В основном такие катоды используются в приборах О-типа: клистронах, лампах бегущей волны (ЛБВ), лампах обратной волны (ЛОВ). Время работы катодов в импульсном режиме составляет около 1 000–3 000 ч (клистроны), а в постоянном – более 50 тыс. ч (ЛБВ).
За достаточно короткое время был разработан отечественный металлокапиллярный катод (Л-катод) [2]. Была усовершенствована технология прессования вольфрамовых таблеток, выполнены исследования влияния структуры, однородности и величины частиц вольфрамового порошка на эмиссионную способность, что привело к установлению строгих критериев для вольфрамового порошка [3]. В связи с наличием высоких требований к уровню вакуума, составу остаточных газов в ЛБВ и, соответственно, к наличию примесей в катодном материале, был развит целый ряд методов контроля данных примесей, входящих в состав губки катода [4].
Поскольку металлопористые катоды относятся к катодам с косвенным нагревом, необходимо обеспечить наиболее эффективную передачу тепла от нагревателя к таблетке. Конструкции, обеспечивающие нужную энергопередачу, в основном были разработаны опытным путем, и их эффективность необходимо исследовать [5].
Способ изготовления современного МПК, покрытого тонкой пленкой тугоплавких металлов, состоит в следующем. Прежде всего формируют молибденовый корпус с подогревателем, заплавленным в керамический изолятор. Далее, впаивают в корпус вольфрамовую губку, пропитанную активным веществом. Затем осуществляют токарную обработку эмиттирующей поверхности катода, после чего все поры на поверхности эмиттера становятся завальцованными. Для того чтобы их раскрыть, выполняется ионно-плазменное травление или, в качестве альтернативы, импульсное лазерное излучение, которое было предложено в работе [6]. После этого наносят покрытие, снижающее работу выхода катода. Как правило, используют осмиевое или комбинированное покрытие с иридием, рутением, поскольку для этих металлов платиновой группы зафиксировано снижение работы выхода на 0,2 эВ.
Недостатки осмиевого покрытия связаны с большой разницей коэффициентов термического расширения и способностью пленок этих металлов образовывать с основой интерметаллические соединения (несовместимость). В поисках решения данного вопроса был разработан метод нанесения рениевой пленки на эмиттирующую поверхность, что привело к необходимому результату – понижению работы выхода до 1,8 эВ–2 эВ. Экспериментально подтвержденная долговечность таких катодов – более 20 тыс. ч при температуре 1 150 °С [7].
Отдельным направлением является разработка щелевых металлопористых катодов, которые изготавливаются по плазменной технологии, определяющей физико-химические свойства катода: однородность эмиссии, скорость испарения, долговечность. Улучшение характеристик связано с повышением однородности эмиссии щелевых катодов, обеспечением большей концентрации эмиссионных центров на поверхности катодов [8, 9].
Одним из основных параметров катода является его долговечность, которая, главным образом, зависит от количества активного вещества, содержащегося в вольфрамовой губке, и скорости его испарения. В работе [10] был предложен ступенчатый отжиг вольфрамового диска, в результате долговечность катода удалось повысить путем снижения скорости испарения с его поверхности. Авторами [11, 12] долговечность катода была повышена за счет увеличения количества активного вещества, для этого была разработана подпитывающая камера (рис. 1).
В работе [13] в состав W-каркаса были добавлены металлы платиновой группы (Os, Ru и др.). Долговечность удалось увеличить и сохранить ток эмиссии, однако это привело к подорожанию катода из-за повышения содержания в нем драгоценных металлов. В [14] для ускорения процесса изготовления катода был модифицирован метод пропитки вольфрамовой губки путем сокращения времени удаления избытка активного вещества с ее поверхности. Вопрос управления количеством активного вещества и скоростью его испарения является открытым до сих пор. Рассмотрим подробнее механизм взаимодействия активного вещества с вольфрамовым каркасом.
Работа импрегнированного катода основана на взаимодействии вольфрама с пропитывающим эмиссионным веществом BaO – CaO – Al2O3 и последующим образованием ионов бария (Ba). Взаимодействие происходит при температурах порядка 1 000 °С. Свободные ионы Ba мигрируют к поверхности катода, где образуют монослой диполей с кислородом Ba+ – O– [15]. На эмиссионную способность влияет как недостаток, так и избыток ионов бария на поверхности катода. Недостаток приводит к неполному покрытию эмиттера монослоем диполей, а следовательно, и к ухудшению параметров эмиссии. Избыток вызывает повышенное испарение активного вещества с поверхности, снижая долговечность катода.
На испарение бария также влияют и другие процессы, которые проявляются в уже собранных приборах. Существует такое явление как бомбардировка поверхности катода ионами остаточных газов, которое связано с низким уровнем вакуума в системе. При бомбардировке частицы остаточных газов выбивают с поверхности катода ионы бария, усиливая его испарение, что приводит к вышеописанным проблемам: yхудшению параметров эмиссии и снижению долговечности прибора. Эти проблемы решаются увеличением диффузии бария к поверхности катода.
Скорость диффузии бария к поверхности зависит от плотности, открытой пористости вольфрамовой таблетки и содержания активного вещества в ее порах. Важными параметрами W-каркаса являются средняя величина частиц порошка, из которого прессуется таблетка, и их распределение по размерам. В [16] подтверждается необходимость тщательного контроля размеров частиц вольфрамового порошка. В работах [17, 18] показано, что открытые поровые каналы, характеризующие пропускную способность каркаса для ионов бария, существенно различаются по величине в зависимости от размера частиц порошка.
В [19] исследуется влияние составов пропитывающих веществ на основе смеси окислов бария, кальция, стронция и алюминия на скорость испарения бария с поверхности катода. Были получены следующие результаты:
Увеличения активности бария можно добиться за счет уменьшения активности кислорода. В свою очередь, на активность кислорода влияет концентрация CaO в парах непосредственно возле катода, а точнее, чем больше CaO, тем менее активен кислород.
Повышение активности пропитывающего вещества на основе BaO, CaO, Al2O3 при увеличении концентрации CaO, а следовательно, и повышение эмиссии катодов происходит только в том случае, если пропитывать вольфрамовые таблетки свежеприготовленным алюминатом.
В работе [20] показано, что эмиссионная способность и долговечность катода непосредственно связаны с плотностью (пористостью), проницаемостью металлопористых таблеток и характеристиками порошка, из которого прессуется W-каркас.
Регулировать средний диаметр частиц вольфрамового порошка можно путем его последовательного спекания и размола. Это приводит к укрупнению частиц и приближению к монодисперсному состоянию [21].
В [12] с целью обеспечения постоянной диффузии активного вещества к эмиттирующей поверхности для изготовления таблетки использовались не шарики, а тонкая проволока.
Описанные выше проблемы, связанные с долговечностью катодов, предлагается решить с помощью модификации МПК наноуглеродными частицами. Возможность и перспективность такой разработки теоретически [22] и практически [23–27] уже доказана. В [28] подобные модификации прошли испытание на долговечность. Более того, авторы [29] для увеличения долговечности предложили использовать многослойную структуру катода, состоящую из слоев молибдена и осмия (см. рис. 2).
Ранее были рассмотрены взаимодействия между W-каркасом и активным веществом. Далее обратим внимание на тонкие пленки, которыми покрывают большинство существующих на данный момент катодов.
Сначала предлагалось покрывать эмиттирующую поверхность платиной, так как эксперименты показывали, что на поверхности вольфрама работа выхода больше, чем на платине. Однако, при попытках внедрения технологии в реальные МПК, это предложение не дало положительного результата.
Открытие свойств пленки из осмия (Os) стало большим прорывом в технологии производства МПК. В настоящее время все катоды являются катодами пленочного типа.
Установлено [30], что нанесение на поверхность катода пленки из осмия толщиной до одного мкм увеличивает плотность тока эмиссии, уменьшает работу выхода и скорость испарения оксида бария с поверхности катода, позволяет снизить рабочую температуру. При этом толщина покрытия играет ключевое значение, так как от этого параметра зависят однородность эмиссионных свойств и срок работоспособности прибора в целом.
Одной из основных задач при изучении процессов напыления пленок на рабочую поверхность катодов является выяснение причин неоднородности распределения эмиссии по поверхности катода и уменьшения работы выхода. Как говорилось ранее, на поверхности катода образуется монослой диполей [31]. Исследования [32], проводимые в этом направлении, дали понять, что кислород располагается под атомами наносимой пленки электроположительных металлов, поэтому работа выхода бария снижается. Помимо этого, зафиксировано увеличение энергии связи между пленкой и поверхностью. Описанная теория, обьясняющая причины уменьшения работы выхода, называется пленочной.
Существует также кристаллическая теория, суть которой заключается в следующем: поверхность катода частично [33] или полностью [34] покрыта кристаллами окисей активных металлов. Термодинамическое рассмотрение процессов показало, что кристаллы окиси бария при высоких температурах могут существовать только при давлении кислорода в приборе порядка 10–5 Па. Реальные приборы исключают такое давление, а в условиях, обеспечиваемых приборами, кристаллы окиси бария могут существовать только при сравнительно низких температурах (1 100 К).
В продолжение попыток решить проблемы с однородностью эмиссии у катодов, покрытых пленкой осмия, высказывались предположения, что в монослойной системе металл-барий работа выхода тем меньше, чем выше работа выхода металлической подложки [35]. Однако, в [32, 36] было экспериментально доказано, что работа выхода моноатомного слоя бария не зависит от работы выхода подложки. С другой стороны, покрытие осмием действительно позволяет снизить работу выхода в 5-6 раз.
С точки зрения кристаллической теории в работах [37] снижение работы выхода объясняют увеличением эмиссионных центров, но до нынешнего времени не было получено экспериментальных данных, подтверждающих это предположение. В [38] представляется другое объяснение: увеличение эмиссии происходит либо с выступающих зерен оксида, либо из пор катода.
В настоящее время чаще всего используются пленки не из чистого осмия, а многокомпонентные, например Os [39], Os-Ir [28], Os-Ru [40-42] и т. д. В работе [39] были выполены измерения толщины пленки осмия, при этом использовалась подложка из поликристаллического оксида алюминия Al2O3. Исследования проводились на контактном профилометре Alpha Step D-120 фирмы Tencor Instruments. Профилограммы полученных измерений представлены на рис. 3, откуда можно получить такие важные характеристики поверхности покрытия катода, как толщину слоя (рис. 3б) и шероховатость (рис. 3в).
Проведены испытания экспериментальных катодов с различными толщинами пленок. Для получения различных толщин варьировалось время напыления. При толщинах 100, 200 и 270 нм был выявлен большой спад тока эмиссии до 30 мА. При толщинах от 400 до 600 нм показатели спада тока эмиссии были до 2 мА. В результате исследований получена оптимальная толщина пленки осмия на поверхности импрегнированного металлопористого катода, которая составляет от 400 до 600 нм.
Химический состав пленки в значительной степени определяет скорость диффузии. За длительное время работы катода при высоких температурах вольфрам из губки диффундирует в слой осмия и повышает работу выхода.
Постоянно разрабатываются новые методы изучения поверхностей катодов. Достижения сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии привели к значительному прорыву в технологиях топографирования и анализа поверхности твердого тела [43]. С помощью этих методов было установлено, что поверхность диска, спрессованного из вольфрамового порошка, имеет неоднородную структуру, которая дополнительно разрушается ионной бомбардировкой. Такие нарушения в кристаллической решетке являются центрами зарождения кристаллов осмия. Более того, от скорости напыления зависит форма образующихся кристаллов [44]. Исследования показали, что структура формирующейся пленки может указывать на две возможные причины увеличения эмиссии: во-первых, увеличивается площадь эмиттирующей поверхности, а во-вторых, заостренные структуры кристаллов осмия обеспечивают увеличение поля и появление термополевой эмиссии.
С целью изучения свойств получаемых пленок две лаборатории провели совместный эксперимент. Покрытия производились на разных установках [39, 40], что привело к ряду различий в структуре пленок. Установка компании Semicon наносила пленку со скоростью 10 нм/с, а в Университете Кентукки напыление проводилось со скоростью 16,7 нм/с. Пленки, полученные компанией Semicon, имели зернистость 40–80 нм, а у британских коллег шероховатость была получена в разы меньше, порядка 10–25 нм.
Пленка Semicon, помимо крупной зернистости, имела трещины на поверхности толщиной 10 нм, что объясняется натяжениями, формирующимися во время напыления, а пленка Университета Кентукки не имела таких трещин, см. рис. 4.
Помимо различия в скорости напыления в лаборатории университета напыление проводилось при разном напряжении смещения, подаваемом на подложку с катодами, что также повлияло на структуру пленки. Чем больше было значение напряжения смещения, тем более гладкой получалась поверхность пленки, при значении 239 В поверхность была получена зеркальной.
Заключение
В статье кратко рассмотрены результаты исследований и разработок эмиссионных материалов и элементов металлопористых катодов, описаны основные проблемы
и достижения в области технологий их изготовления.
МПК нашли широкое применение в целом ряде мощных приборов О-типа. Получение уникально высоких характеристик эффективности МПК происходит, в основном, в ходе большого количества экспериментов, а объяснить результаты исследований не всегда представляется возможным, так как наши знания о механизме работы и структуре катодов недостаточно полны.
Наиболее актуальными проблемами являются долговечность катодов и их эмиссионная способность. Причины и возможные пути решения связаны со всеми элементами катода: корпус, подогреватель, W-каркас и пленка на эмиттирующей поверхности. Наибольший интерес среди перечисленных элементов представляет пленка, поскольку влияние ее параметров наименее изучено.
Одним из основных направлений исследований является изучение зависимости структуры пленки от условий напыления. Глобально на качество пленки влияет скорость напыления, однако, необходимо обратить внимание и на напряжение смещения. В обзоре представлены работы, где показана данная зависимость для Os-Ru пленок, а также работа, где экспериментально получена толщина осмиевой пленки, при которой катод имеет наибольшую эмиссию. Таким образом, исследования в данном направлении безусловно необходимы и требуют теоретического обоснования.
ЛИТЕРАТУРА
Дюбуа Б.Ч., Королёв А. Н. Современные эффективные катоды (К истории их создания на ФГУП НПП «Исток») // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. 2011. № 1. С. 5–24.
Морозов А.В. О технологии изготовления вольфрамо-бариевого катода и некоторых его свойствах // Труды НИИ. 1952. Вып. 2. С. 10.
Морозов А.В. Технология изготовления металлопористых камерных термокатодов (L-катодов) // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 1. Электроника. 1961. Вып. 10. С. 86.
Павлова Л.Н., Савостин С.А. Анализ вольфрама высокой чистоты на содержание примесей // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 1. Электроника. 1964. Вып. 10. С. 126.
Wolverton L. et al. P1–33: Thermal properties of alumina cathode heater potting materials // 2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 2010. PP. 165–165.
Сахаджи Г.В., Конюшин А.В., Одинцова Ю.А., Попов И.А. Способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода. 2459305 РФ 20.08.2012.
Копылов В.В., Лучин А.А., Михайлова Н.М. Способ изготовления импрегнированного катода. 2340035 РФ 27.11.2008.
Смирнов В.А., Акимов П.И., Иванов В.В., Шешин В.П., Александров В.Ю., Потапов Ю.А. Щелевые металлопористые катоды // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2017. Т. 1. С. 96–99.
Смирнов В.А., Акимов П.И., Александров В.Ю., Шешин Е.П., Мельничук Г.В., Чудин В.Г., Потапов Ю.А., Никитин А.П., Иванов В.В. Металлопористый резервуарный катод. 2017. 171957 22.06.2017
Усанов Д.А., Мельникова И.П., Муллин В.В., Семенов В.К., Казаков В.К., Найденов Г.П. Способ изготовления металлопористых катодов из вольфрамового порошка. 2293394 10.02.2007.
Диспенсерные катоды с прогнозируемым сроком службы более 20 лет // Новости СВЧ-техники. 2015. № 6. С. 22–27.
Ives R. L. et al. 6.1: High current density-long life cathodes for high frequency applications //2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). IEEE, 2010. PP. 71–72.
Green M.C., Skiner H.B., Tuck B.A. // Appl. Surf. Sci. 1981. V. 8. PP. 13–35.
Шенцова В.В., Резнев В.А., Пелипец О.В. Способ изготовления металлопористого катода. 2449408 27.04.2012.
Aida T. et al. Emission life and surface analysis of barium-impregnated thermionic cathodes // Journal of applied physics. 1993. V. 74. No. 11. PP. 6482–6487.
Sato K., Sakura T., Kimura C. An improved dispenser cathode // Jnt. El. Dev. Meet.: IRC Rev. San Francisco. 1986. No. 24. PP. 59–64.
Melnikova I.P., Vorozheikin V.G., Usanov D.A. Correlation of emission capability and longevity of dispenser cathodes with characteristics of tungsten powders // Applied surface science. 2003. V. 215. No. 1–4. PP. 59–64.
Melnikova I.P., Polyakov I.V., Usanov D. A. Correlation of cathodes parameters of power grid tubes with materials characteristics of cathode-grid units // IVESC 2004. The 5th International Vacuum Electron Sources Conference Proceedings (IEEE Cat. No. 04EX839). IEEE, 2004. PP. 216–218.
Зоркин А.Я., Зоркин О.А., Дворников А.А. Влияние состава на эмиссионные свойства сложных окислов // Вакуумная наука и техника: материалы междунар. конф. / Под ред. Д.В. Быкова. М., 2006. С. 48–52.
Мельникова И.П., Лясников В.Н., Лясникова А.В. Эмиссионные свойства металлопористых катодов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2012. Т. 15. № 2. С. 84–90.
Мельникова И.П., Усанов Д.А., Дарченко А.О. Гранулометрический анализ вольфрамовых порошков для металлопористых таблеток // Электронная промышленность. 1990. № 9. С. 15–16.
Крачковская Т.М. и др. Металлопористые катоды, модифицированные наноуглеродом, с высокой долговечностью для применения в приборах СВЧ // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 13. С. 51–54.
Крачковская Т.М., Сторублев А.В., Сахаджи Г.В., Емельянов А.С. // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2018. № 4. С. 57–63. DOI: 10/32603/1993-8985-2018-21-4-57-63
Крачковская Т.М., Мельников Л.А. // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. В. 22. С. 11–18.
Александров А. Ф. и др. Пленка двумерно упорядоченного линейно-цепочечного углерода и способ ее получения. 2564288 27.09.2015.
Крачковская Т.М., Козлов В.И., Журавлев С.Д. Металлопористый катод М-типа, модифицированный наноуглеродной пленкой, и способ его изготовления. 2780019 19.09.2022.
Di Y. et al. P1–39: Large current emission from CNTs synthesized by a local heating CVD method // 2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). IEEE, 2010. PP. 177–178.
Крачковская Т.М., Шалаев П.Д. Испытания на долговечность металлопористых катодов, модифицированных наноуглеродом в составе ЛБВ // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2021. Т. 1. С. 241–243.
Smirnov V.A. et al. Plasma spraying metal-porous cathodes with multilayer emitter structure for electro vacuum devices // 2014 Tenth International Vacuum Electron Sources Conference (IVESC). IEEE, 2014. С. 1–2.
Козлов В.И. Технология и свойства металлопористых катодов для СВЧ приборов // Центральный научно-исследовательский институт «Электроника», выпуск 6 (709), 1980. 63 с.
Зингерман Я.П., Солтык В.Я. Химические воздействия кислорода на электронную эмиссию пористого металлопленочного катода // Радиотехника и электроника. 1957. Т. 2. № 12. С. 1512.
Култашев О.К., Макаров А.П. Влияние адсорбции кислорода на электронные и адсорбционные свойства атомов бария на гранях (100),(110) и (111) вольфрама // Известия АН СССР. 1974. Т. 38. № 2. С. 317.
Гурков Ю.В. и др. Эмиссионно-микроскопическое и рентгеноспектральное исследование поверхности металлопористого катода // Изв. АН СССР. Физика. 1974. 38. № 11. С. 2270–2274.
Nergaard L.S. The physics of the cathode // RCA review. 1957. Т. 18. № 4. С. 486–511.
Zalm P., Van Stratum A. J. A.
Osmium dispenser cathodes // Philips Technical Review. 1966. V. 27. № 3/4. PP. 69–75.
Дюбуа Б.Ч., Степанов Л.А. Термоэлектронная эмиссия некоторых металлоподобных соединений в парах бария // Радиотехника и электроника. 1965. Т. 10. № 12. С. 2200.
Некрасов В.И., Дружинин А.В. Эмиссионные свойства распределительных термокатодов с напыленными пленками металлов // Радиотехника и электроника. 1970. Т. 15. № 2. С. 412.
Мойжес Б. Я. Физические процессы в оксидном катоде. М.: Наука, Главная ред. физ.-мат. лит., 1968.
Горелова Е.Г. Технологические особенности осмирования металлопористых катодов СВЧ-приборов // Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е. В. Арменского. 2017. С. 293–294.
Li W.C., Roberts S., Balk T.J. Effects of substrate bias on microstructure of osmium-ruthenium coatings for porous tungsten dispenser cathodes // IEEE transactions on electron devices. 2009. V. 56. No. 5. PP. 805–811.
Swartzentruber P.D. et al. 6.2: Optimizing osmium-ruthenium films to inhibit tungsten interdiffusion // 2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). IEEE, 2010. PP. 73–74.
Balk T. J., Li W. C., Roberts S. Characterization of osmium-ruthenium coatings for porous tungsten dispenser cathodes // 2008 IEEE International Vacuum Electronics Conference. IEEE, 2008. PP. 42–43.
Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия — от рождения к юности // Успехи физических наук. 1988. Т. 154. № 2. С. 261–278.
Дюбуа Б. Ч. и др. Влияние структуры поверхности металлопористых катодов на их эмиссионные свойства // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. 2010. № 1. С. 25–34.
В.А. Соляник, А.Ю. Мирошниченко, д.т.н
Металлопористые катоды нашли широкое применение в электровакуумных приборах О-типа. В статье рассмотрен обзор работ, посвященных изучению влияния основных элементов металлопористых катодов на их эмиссионную способность и долговечность. Особое внимание уделено современным методам исследования структуры и свойств пленки осмия, которую наносят на поверхность катода. Описаны необходимые направления дальнейших разработок.
Катод является ключевым элементом электровакуумных приборов, он входит в состав электронной пушки, которая имеет широкое применение в разных направлениях: сверхвысокочастотные (СВЧ) – приборы, электронные микроскопы, ускорители заряженных частиц, кинескопы, электронно-лучевые трубки и т. д.
Принцип работы катодов основан на эмиссии электронов: термоэлектронной, автоэлектронной и фотоэлектронной. В данном обзоре рассмотрим термоэмиссионный катод. Явление термоэмиссии открыл Т. Эдисон в 1883 году, обнаружив поток заряженных частиц в лампе накаливания с угольной нитью. Эдисон ошибочно предположил, что заряженные частицы являются ионизированными частицами воздуха или углерода.
Настоящую природу этого явления объяснил в 1899 году Д. Томсон, который доказал, что заряженными частицами являются электроны, показав, что отношение заряда к массе у найденной частицы совпадает со значением этого отношения для электрона.
Сначала использовались катоды, где источником электронов служила проволока, нагревающаяся под действием электрического тока. Такая конструкция называлась катодом прямого накала.
Одни из первых катодов, наиболее близких к современным, были оксидными. Они появились после открытия в 1903 году А. Венельтом высокой термоэлектронной активности окисей щелочноземельных металлов и имели косвенный нагрев. Оксидные катоды до сих пор используются в электровакуумных приборах благодаря большой удельной эмиссии, сравнительно низкой рабочей температуре и высокой экономичности, которая представляет собой отношение тока эмиссии к мощности накала.
Вскоре после разработки оксидных катодов, Ленгмюр и Роджерс обнаружили высокую термоэмиссионную активность проволоки из торированного вольфрама. Это открытие приводит к конструированию катодов на базе тугоплавких металлов, таких как, например, вольфрам.
В 1940-1950 годах электронно-вакуумные приборы (ЭВП) СВЧ-диапазона активно совершенствовались, что вызывало ужесточение требований к катодам. Появилась необходимость получения больших плотностей катодного тока в импульсном режиме в то время, как оксидные катоды были ограничены такими параметрами, как электро- и теплопроводность [1]. Позднее был сформирован целый ряд характеристик, которым должен был соответствовать новый катод: плотность тока в постоянном и импульсном режимах, шероховатость эмиттирующей поверхности, электро- и теплопроводность эмиссионного покрытия, скорость испарения активного вещества с поверхности катода, стабильность эмиссионных параметров при длительной эксплуатации и скорость восстановления работоспособности катода после отравления эмиссии остаточными газами. Таким требованиям частично смог ответить металлопористый катод.
Металлопористые катоды
и основные параметры, влияющие
на их эмиссионную способность
Производство металлопористых катодов (МПК) началось в 1950-х годах. Они состоят из вольфрамовой губки, или W-каркаса, пропитанного активным веществом. В основном такие катоды используются в приборах О-типа: клистронах, лампах бегущей волны (ЛБВ), лампах обратной волны (ЛОВ). Время работы катодов в импульсном режиме составляет около 1 000–3 000 ч (клистроны), а в постоянном – более 50 тыс. ч (ЛБВ).
За достаточно короткое время был разработан отечественный металлокапиллярный катод (Л-катод) [2]. Была усовершенствована технология прессования вольфрамовых таблеток, выполнены исследования влияния структуры, однородности и величины частиц вольфрамового порошка на эмиссионную способность, что привело к установлению строгих критериев для вольфрамового порошка [3]. В связи с наличием высоких требований к уровню вакуума, составу остаточных газов в ЛБВ и, соответственно, к наличию примесей в катодном материале, был развит целый ряд методов контроля данных примесей, входящих в состав губки катода [4].
Поскольку металлопористые катоды относятся к катодам с косвенным нагревом, необходимо обеспечить наиболее эффективную передачу тепла от нагревателя к таблетке. Конструкции, обеспечивающие нужную энергопередачу, в основном были разработаны опытным путем, и их эффективность необходимо исследовать [5].
Способ изготовления современного МПК, покрытого тонкой пленкой тугоплавких металлов, состоит в следующем. Прежде всего формируют молибденовый корпус с подогревателем, заплавленным в керамический изолятор. Далее, впаивают в корпус вольфрамовую губку, пропитанную активным веществом. Затем осуществляют токарную обработку эмиттирующей поверхности катода, после чего все поры на поверхности эмиттера становятся завальцованными. Для того чтобы их раскрыть, выполняется ионно-плазменное травление или, в качестве альтернативы, импульсное лазерное излучение, которое было предложено в работе [6]. После этого наносят покрытие, снижающее работу выхода катода. Как правило, используют осмиевое или комбинированное покрытие с иридием, рутением, поскольку для этих металлов платиновой группы зафиксировано снижение работы выхода на 0,2 эВ.
Недостатки осмиевого покрытия связаны с большой разницей коэффициентов термического расширения и способностью пленок этих металлов образовывать с основой интерметаллические соединения (несовместимость). В поисках решения данного вопроса был разработан метод нанесения рениевой пленки на эмиттирующую поверхность, что привело к необходимому результату – понижению работы выхода до 1,8 эВ–2 эВ. Экспериментально подтвержденная долговечность таких катодов – более 20 тыс. ч при температуре 1 150 °С [7].
Отдельным направлением является разработка щелевых металлопористых катодов, которые изготавливаются по плазменной технологии, определяющей физико-химические свойства катода: однородность эмиссии, скорость испарения, долговечность. Улучшение характеристик связано с повышением однородности эмиссии щелевых катодов, обеспечением большей концентрации эмиссионных центров на поверхности катодов [8, 9].
Одним из основных параметров катода является его долговечность, которая, главным образом, зависит от количества активного вещества, содержащегося в вольфрамовой губке, и скорости его испарения. В работе [10] был предложен ступенчатый отжиг вольфрамового диска, в результате долговечность катода удалось повысить путем снижения скорости испарения с его поверхности. Авторами [11, 12] долговечность катода была повышена за счет увеличения количества активного вещества, для этого была разработана подпитывающая камера (рис. 1).
В работе [13] в состав W-каркаса были добавлены металлы платиновой группы (Os, Ru и др.). Долговечность удалось увеличить и сохранить ток эмиссии, однако это привело к подорожанию катода из-за повышения содержания в нем драгоценных металлов. В [14] для ускорения процесса изготовления катода был модифицирован метод пропитки вольфрамовой губки путем сокращения времени удаления избытка активного вещества с ее поверхности. Вопрос управления количеством активного вещества и скоростью его испарения является открытым до сих пор. Рассмотрим подробнее механизм взаимодействия активного вещества с вольфрамовым каркасом.
Работа импрегнированного катода основана на взаимодействии вольфрама с пропитывающим эмиссионным веществом BaO – CaO – Al2O3 и последующим образованием ионов бария (Ba). Взаимодействие происходит при температурах порядка 1 000 °С. Свободные ионы Ba мигрируют к поверхности катода, где образуют монослой диполей с кислородом Ba+ – O– [15]. На эмиссионную способность влияет как недостаток, так и избыток ионов бария на поверхности катода. Недостаток приводит к неполному покрытию эмиттера монослоем диполей, а следовательно, и к ухудшению параметров эмиссии. Избыток вызывает повышенное испарение активного вещества с поверхности, снижая долговечность катода.
На испарение бария также влияют и другие процессы, которые проявляются в уже собранных приборах. Существует такое явление как бомбардировка поверхности катода ионами остаточных газов, которое связано с низким уровнем вакуума в системе. При бомбардировке частицы остаточных газов выбивают с поверхности катода ионы бария, усиливая его испарение, что приводит к вышеописанным проблемам: yхудшению параметров эмиссии и снижению долговечности прибора. Эти проблемы решаются увеличением диффузии бария к поверхности катода.
Скорость диффузии бария к поверхности зависит от плотности, открытой пористости вольфрамовой таблетки и содержания активного вещества в ее порах. Важными параметрами W-каркаса являются средняя величина частиц порошка, из которого прессуется таблетка, и их распределение по размерам. В [16] подтверждается необходимость тщательного контроля размеров частиц вольфрамового порошка. В работах [17, 18] показано, что открытые поровые каналы, характеризующие пропускную способность каркаса для ионов бария, существенно различаются по величине в зависимости от размера частиц порошка.
В [19] исследуется влияние составов пропитывающих веществ на основе смеси окислов бария, кальция, стронция и алюминия на скорость испарения бария с поверхности катода. Были получены следующие результаты:
Увеличения активности бария можно добиться за счет уменьшения активности кислорода. В свою очередь, на активность кислорода влияет концентрация CaO в парах непосредственно возле катода, а точнее, чем больше CaO, тем менее активен кислород.
Повышение активности пропитывающего вещества на основе BaO, CaO, Al2O3 при увеличении концентрации CaO, а следовательно, и повышение эмиссии катодов происходит только в том случае, если пропитывать вольфрамовые таблетки свежеприготовленным алюминатом.
В работе [20] показано, что эмиссионная способность и долговечность катода непосредственно связаны с плотностью (пористостью), проницаемостью металлопористых таблеток и характеристиками порошка, из которого прессуется W-каркас.
Регулировать средний диаметр частиц вольфрамового порошка можно путем его последовательного спекания и размола. Это приводит к укрупнению частиц и приближению к монодисперсному состоянию [21].
В [12] с целью обеспечения постоянной диффузии активного вещества к эмиттирующей поверхности для изготовления таблетки использовались не шарики, а тонкая проволока.
Описанные выше проблемы, связанные с долговечностью катодов, предлагается решить с помощью модификации МПК наноуглеродными частицами. Возможность и перспективность такой разработки теоретически [22] и практически [23–27] уже доказана. В [28] подобные модификации прошли испытание на долговечность. Более того, авторы [29] для увеличения долговечности предложили использовать многослойную структуру катода, состоящую из слоев молибдена и осмия (см. рис. 2).
Ранее были рассмотрены взаимодействия между W-каркасом и активным веществом. Далее обратим внимание на тонкие пленки, которыми покрывают большинство существующих на данный момент катодов.
Сначала предлагалось покрывать эмиттирующую поверхность платиной, так как эксперименты показывали, что на поверхности вольфрама работа выхода больше, чем на платине. Однако, при попытках внедрения технологии в реальные МПК, это предложение не дало положительного результата.
Открытие свойств пленки из осмия (Os) стало большим прорывом в технологии производства МПК. В настоящее время все катоды являются катодами пленочного типа.
Установлено [30], что нанесение на поверхность катода пленки из осмия толщиной до одного мкм увеличивает плотность тока эмиссии, уменьшает работу выхода и скорость испарения оксида бария с поверхности катода, позволяет снизить рабочую температуру. При этом толщина покрытия играет ключевое значение, так как от этого параметра зависят однородность эмиссионных свойств и срок работоспособности прибора в целом.
Одной из основных задач при изучении процессов напыления пленок на рабочую поверхность катодов является выяснение причин неоднородности распределения эмиссии по поверхности катода и уменьшения работы выхода. Как говорилось ранее, на поверхности катода образуется монослой диполей [31]. Исследования [32], проводимые в этом направлении, дали понять, что кислород располагается под атомами наносимой пленки электроположительных металлов, поэтому работа выхода бария снижается. Помимо этого, зафиксировано увеличение энергии связи между пленкой и поверхностью. Описанная теория, обьясняющая причины уменьшения работы выхода, называется пленочной.
Существует также кристаллическая теория, суть которой заключается в следующем: поверхность катода частично [33] или полностью [34] покрыта кристаллами окисей активных металлов. Термодинамическое рассмотрение процессов показало, что кристаллы окиси бария при высоких температурах могут существовать только при давлении кислорода в приборе порядка 10–5 Па. Реальные приборы исключают такое давление, а в условиях, обеспечиваемых приборами, кристаллы окиси бария могут существовать только при сравнительно низких температурах (1 100 К).
В продолжение попыток решить проблемы с однородностью эмиссии у катодов, покрытых пленкой осмия, высказывались предположения, что в монослойной системе металл-барий работа выхода тем меньше, чем выше работа выхода металлической подложки [35]. Однако, в [32, 36] было экспериментально доказано, что работа выхода моноатомного слоя бария не зависит от работы выхода подложки. С другой стороны, покрытие осмием действительно позволяет снизить работу выхода в 5-6 раз.
С точки зрения кристаллической теории в работах [37] снижение работы выхода объясняют увеличением эмиссионных центров, но до нынешнего времени не было получено экспериментальных данных, подтверждающих это предположение. В [38] представляется другое объяснение: увеличение эмиссии происходит либо с выступающих зерен оксида, либо из пор катода.
В настоящее время чаще всего используются пленки не из чистого осмия, а многокомпонентные, например Os [39], Os-Ir [28], Os-Ru [40-42] и т. д. В работе [39] были выполены измерения толщины пленки осмия, при этом использовалась подложка из поликристаллического оксида алюминия Al2O3. Исследования проводились на контактном профилометре Alpha Step D-120 фирмы Tencor Instruments. Профилограммы полученных измерений представлены на рис. 3, откуда можно получить такие важные характеристики поверхности покрытия катода, как толщину слоя (рис. 3б) и шероховатость (рис. 3в).
Проведены испытания экспериментальных катодов с различными толщинами пленок. Для получения различных толщин варьировалось время напыления. При толщинах 100, 200 и 270 нм был выявлен большой спад тока эмиссии до 30 мА. При толщинах от 400 до 600 нм показатели спада тока эмиссии были до 2 мА. В результате исследований получена оптимальная толщина пленки осмия на поверхности импрегнированного металлопористого катода, которая составляет от 400 до 600 нм.
Химический состав пленки в значительной степени определяет скорость диффузии. За длительное время работы катода при высоких температурах вольфрам из губки диффундирует в слой осмия и повышает работу выхода.
Постоянно разрабатываются новые методы изучения поверхностей катодов. Достижения сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии привели к значительному прорыву в технологиях топографирования и анализа поверхности твердого тела [43]. С помощью этих методов было установлено, что поверхность диска, спрессованного из вольфрамового порошка, имеет неоднородную структуру, которая дополнительно разрушается ионной бомбардировкой. Такие нарушения в кристаллической решетке являются центрами зарождения кристаллов осмия. Более того, от скорости напыления зависит форма образующихся кристаллов [44]. Исследования показали, что структура формирующейся пленки может указывать на две возможные причины увеличения эмиссии: во-первых, увеличивается площадь эмиттирующей поверхности, а во-вторых, заостренные структуры кристаллов осмия обеспечивают увеличение поля и появление термополевой эмиссии.
С целью изучения свойств получаемых пленок две лаборатории провели совместный эксперимент. Покрытия производились на разных установках [39, 40], что привело к ряду различий в структуре пленок. Установка компании Semicon наносила пленку со скоростью 10 нм/с, а в Университете Кентукки напыление проводилось со скоростью 16,7 нм/с. Пленки, полученные компанией Semicon, имели зернистость 40–80 нм, а у британских коллег шероховатость была получена в разы меньше, порядка 10–25 нм.
Пленка Semicon, помимо крупной зернистости, имела трещины на поверхности толщиной 10 нм, что объясняется натяжениями, формирующимися во время напыления, а пленка Университета Кентукки не имела таких трещин, см. рис. 4.
Помимо различия в скорости напыления в лаборатории университета напыление проводилось при разном напряжении смещения, подаваемом на подложку с катодами, что также повлияло на структуру пленки. Чем больше было значение напряжения смещения, тем более гладкой получалась поверхность пленки, при значении 239 В поверхность была получена зеркальной.
Заключение
В статье кратко рассмотрены результаты исследований и разработок эмиссионных материалов и элементов металлопористых катодов, описаны основные проблемы
и достижения в области технологий их изготовления.
МПК нашли широкое применение в целом ряде мощных приборов О-типа. Получение уникально высоких характеристик эффективности МПК происходит, в основном, в ходе большого количества экспериментов, а объяснить результаты исследований не всегда представляется возможным, так как наши знания о механизме работы и структуре катодов недостаточно полны.
Наиболее актуальными проблемами являются долговечность катодов и их эмиссионная способность. Причины и возможные пути решения связаны со всеми элементами катода: корпус, подогреватель, W-каркас и пленка на эмиттирующей поверхности. Наибольший интерес среди перечисленных элементов представляет пленка, поскольку влияние ее параметров наименее изучено.
Одним из основных направлений исследований является изучение зависимости структуры пленки от условий напыления. Глобально на качество пленки влияет скорость напыления, однако, необходимо обратить внимание и на напряжение смещения. В обзоре представлены работы, где показана данная зависимость для Os-Ru пленок, а также работа, где экспериментально получена толщина осмиевой пленки, при которой катод имеет наибольшую эмиссию. Таким образом, исследования в данном направлении безусловно необходимы и требуют теоретического обоснования.
ЛИТЕРАТУРА
Дюбуа Б.Ч., Королёв А. Н. Современные эффективные катоды (К истории их создания на ФГУП НПП «Исток») // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. 2011. № 1. С. 5–24.
Морозов А.В. О технологии изготовления вольфрамо-бариевого катода и некоторых его свойствах // Труды НИИ. 1952. Вып. 2. С. 10.
Морозов А.В. Технология изготовления металлопористых камерных термокатодов (L-катодов) // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 1. Электроника. 1961. Вып. 10. С. 86.
Павлова Л.Н., Савостин С.А. Анализ вольфрама высокой чистоты на содержание примесей // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 1. Электроника. 1964. Вып. 10. С. 126.
Wolverton L. et al. P1–33: Thermal properties of alumina cathode heater potting materials // 2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 2010. PP. 165–165.
Сахаджи Г.В., Конюшин А.В., Одинцова Ю.А., Попов И.А. Способ обработки эмиттирующей поверхности металлопористого катода. 2459305 РФ 20.08.2012.
Копылов В.В., Лучин А.А., Михайлова Н.М. Способ изготовления импрегнированного катода. 2340035 РФ 27.11.2008.
Смирнов В.А., Акимов П.И., Иванов В.В., Шешин В.П., Александров В.Ю., Потапов Ю.А. Щелевые металлопористые катоды // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2017. Т. 1. С. 96–99.
Смирнов В.А., Акимов П.И., Александров В.Ю., Шешин Е.П., Мельничук Г.В., Чудин В.Г., Потапов Ю.А., Никитин А.П., Иванов В.В. Металлопористый резервуарный катод. 2017. 171957 22.06.2017
Усанов Д.А., Мельникова И.П., Муллин В.В., Семенов В.К., Казаков В.К., Найденов Г.П. Способ изготовления металлопористых катодов из вольфрамового порошка. 2293394 10.02.2007.
Диспенсерные катоды с прогнозируемым сроком службы более 20 лет // Новости СВЧ-техники. 2015. № 6. С. 22–27.
Ives R. L. et al. 6.1: High current density-long life cathodes for high frequency applications //2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). IEEE, 2010. PP. 71–72.
Green M.C., Skiner H.B., Tuck B.A. // Appl. Surf. Sci. 1981. V. 8. PP. 13–35.
Шенцова В.В., Резнев В.А., Пелипец О.В. Способ изготовления металлопористого катода. 2449408 27.04.2012.
Aida T. et al. Emission life and surface analysis of barium-impregnated thermionic cathodes // Journal of applied physics. 1993. V. 74. No. 11. PP. 6482–6487.
Sato K., Sakura T., Kimura C. An improved dispenser cathode // Jnt. El. Dev. Meet.: IRC Rev. San Francisco. 1986. No. 24. PP. 59–64.
Melnikova I.P., Vorozheikin V.G., Usanov D.A. Correlation of emission capability and longevity of dispenser cathodes with characteristics of tungsten powders // Applied surface science. 2003. V. 215. No. 1–4. PP. 59–64.
Melnikova I.P., Polyakov I.V., Usanov D. A. Correlation of cathodes parameters of power grid tubes with materials characteristics of cathode-grid units // IVESC 2004. The 5th International Vacuum Electron Sources Conference Proceedings (IEEE Cat. No. 04EX839). IEEE, 2004. PP. 216–218.
Зоркин А.Я., Зоркин О.А., Дворников А.А. Влияние состава на эмиссионные свойства сложных окислов // Вакуумная наука и техника: материалы междунар. конф. / Под ред. Д.В. Быкова. М., 2006. С. 48–52.
Мельникова И.П., Лясников В.Н., Лясникова А.В. Эмиссионные свойства металлопористых катодов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2012. Т. 15. № 2. С. 84–90.
Мельникова И.П., Усанов Д.А., Дарченко А.О. Гранулометрический анализ вольфрамовых порошков для металлопористых таблеток // Электронная промышленность. 1990. № 9. С. 15–16.
Крачковская Т.М. и др. Металлопористые катоды, модифицированные наноуглеродом, с высокой долговечностью для применения в приборах СВЧ // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 13. С. 51–54.
Крачковская Т.М., Сторублев А.В., Сахаджи Г.В., Емельянов А.С. // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2018. № 4. С. 57–63. DOI: 10/32603/1993-8985-2018-21-4-57-63
Крачковская Т.М., Мельников Л.А. // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. В. 22. С. 11–18.
Александров А. Ф. и др. Пленка двумерно упорядоченного линейно-цепочечного углерода и способ ее получения. 2564288 27.09.2015.
Крачковская Т.М., Козлов В.И., Журавлев С.Д. Металлопористый катод М-типа, модифицированный наноуглеродной пленкой, и способ его изготовления. 2780019 19.09.2022.
Di Y. et al. P1–39: Large current emission from CNTs synthesized by a local heating CVD method // 2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). IEEE, 2010. PP. 177–178.
Крачковская Т.М., Шалаев П.Д. Испытания на долговечность металлопористых катодов, модифицированных наноуглеродом в составе ЛБВ // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2021. Т. 1. С. 241–243.
Smirnov V.A. et al. Plasma spraying metal-porous cathodes with multilayer emitter structure for electro vacuum devices // 2014 Tenth International Vacuum Electron Sources Conference (IVESC). IEEE, 2014. С. 1–2.
Козлов В.И. Технология и свойства металлопористых катодов для СВЧ приборов // Центральный научно-исследовательский институт «Электроника», выпуск 6 (709), 1980. 63 с.
Зингерман Я.П., Солтык В.Я. Химические воздействия кислорода на электронную эмиссию пористого металлопленочного катода // Радиотехника и электроника. 1957. Т. 2. № 12. С. 1512.
Култашев О.К., Макаров А.П. Влияние адсорбции кислорода на электронные и адсорбционные свойства атомов бария на гранях (100),(110) и (111) вольфрама // Известия АН СССР. 1974. Т. 38. № 2. С. 317.
Гурков Ю.В. и др. Эмиссионно-микроскопическое и рентгеноспектральное исследование поверхности металлопористого катода // Изв. АН СССР. Физика. 1974. 38. № 11. С. 2270–2274.
Nergaard L.S. The physics of the cathode // RCA review. 1957. Т. 18. № 4. С. 486–511.
Zalm P., Van Stratum A. J. A.
Osmium dispenser cathodes // Philips Technical Review. 1966. V. 27. № 3/4. PP. 69–75.
Дюбуа Б.Ч., Степанов Л.А. Термоэлектронная эмиссия некоторых металлоподобных соединений в парах бария // Радиотехника и электроника. 1965. Т. 10. № 12. С. 2200.
Некрасов В.И., Дружинин А.В. Эмиссионные свойства распределительных термокатодов с напыленными пленками металлов // Радиотехника и электроника. 1970. Т. 15. № 2. С. 412.
Мойжес Б. Я. Физические процессы в оксидном катоде. М.: Наука, Главная ред. физ.-мат. лит., 1968.
Горелова Е.Г. Технологические особенности осмирования металлопористых катодов СВЧ-приборов // Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е. В. Арменского. 2017. С. 293–294.
Li W.C., Roberts S., Balk T.J. Effects of substrate bias on microstructure of osmium-ruthenium coatings for porous tungsten dispenser cathodes // IEEE transactions on electron devices. 2009. V. 56. No. 5. PP. 805–811.
Swartzentruber P.D. et al. 6.2: Optimizing osmium-ruthenium films to inhibit tungsten interdiffusion // 2010 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). IEEE, 2010. PP. 73–74.
Balk T. J., Li W. C., Roberts S. Characterization of osmium-ruthenium coatings for porous tungsten dispenser cathodes // 2008 IEEE International Vacuum Electronics Conference. IEEE, 2008. PP. 42–43.
Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия — от рождения к юности // Успехи физических наук. 1988. Т. 154. № 2. С. 261–278.
Дюбуа Б. Ч. и др. Влияние структуры поверхности металлопористых катодов на их эмиссионные свойства // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. 2010. № 1. С. 25–34.
Отзывы читателей
