CC BY
14
- © E.H. Козырев, И.Н. Гончаров,
P.O. Аскеров, И.Е. Желоков, 2013
УДК 621.383.8
Е.Н. Козырев, И.Н. Гончаров, Р.О. Аскеров, И.Е. Желоков
КОМПЬЮТЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В КАНАЛЬНОМ ЭЛЕКТРОННОМ УМНОЖИТЕЛЕ НА ОКСИДЕ АЛЮМИНИЯ
Рассмотрены особенности и результаты компьютерного моделирования процессов усиления вторично-эмиссионных каналов в пористых структурах оксида алюминия. Диаметр каналов в структуре не более одного микрометра. Ключевые слова: вторичная электронная эмиссия, электронные умножители, оксид алюминия
Вторично-эмиссионные (ВЭ) многоканальные умножители находят широкое применение в электронно-оптических преобразователях (ЭОП) 2-го, 2+ и 3-го поколений, используемых в технике ночного видения. В данных изделиях в качестве ВЭ усилителей сигнала используются свинцовосиликатные микроканальные пластины (МКП). МКП имеют очень сложную технологию производства и отличаются высокой себестоимостью.
В последнее время в качестве альтернативы МКП рассматривают возможность изготовления многоканальных электронных усилителей на пористых структурах оксида алюминия, выращенных посредством электролитического анодирования. Они дешевы в получении, эффективны как ВЭ мишени, однако их вторично-эмиссионные, электрические и геометрические характеристики, а соответственно и возможность их использования в качестве усилителей пространственно-распределенных электронных потоков нуждаются в дополнительном исследовании. Актуальна проблема компьютерного
моделирования ВЭ процессов в канальном умножителе на основе пористой структуры А^Оз для оценки её эффективности.
Известно выражение, характеризующее коэффициент вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) мишени [1]:
о = | /*0,5Дх)п(х)ах =
= 0,5*Р*Б1*(Ь/АБз *Я)*[-ехр(-И/Ь)]
где Р - вероятность преодоления поверхностного барьера; п(х) - плотность выхода вторичных электронов с глубины х эмиттера; Е} - энергия воздействия на эмиттер первичного электрона, эВ; АЕ3 - ширина запрещенной зоны материала эмиттера, эВ; Ь - максимальная глубина выхода вторичных электронов, м; К -глубина проникновения первичного электрона в эмиттер, м.
Видно, что а - сложная функция, зависящая от многих объемных (ДЕ3,
К, Ь) и поверхностных (Р) характеристик эмиттера, а также от энергии первичных электронов Б}, определяемой воздействующими на
них ускоряющими напряжениями
иР
Е1 = еи1
Основываясь на экспериментальных результатах по тематике вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ), можно сказать, что в качестве оценки энергии первичных электронов Ае, необходимой для генерации вторичных, целесообразно взять ширину запрещенной зоны материала эмиттера АЕ3. При моделировании процессов ВЭЭ в канальном умножителе в рамках данной работы использовались некоторые понятия, основанные как на теоретических, так и эмпирических сведениях. В частности установлено, что в довольно широкой области ускоряющих напряжений примерно до 100В, что соответствует условиям в канале, удобной аппроксимацией
характеристики О(и!) является выражение:
^ = в*л/и!, (1)
где в - первый параметр вторично-эмиссионной эффективности.
Величину в можно определить, зная значение первого критического потенциала эмиттера ик1. Для
А12О3 ик1~ 14В, тогда согласно (1)
в =0,27.
При моделировании процессов эмиссии вторичных электронов используется величина у, которая называется вторым параметром вторично-эмиссионной эффективности. Она отражает взаимосвязь между величинами, определяющими энергетику первичного электрона и1 и
вылетающего с мишени вторичного ио, и рассчитывается следующим образом:
Г = и о/и «(д-х)и К1« «(1,5-0,55)/14 « 0,067,
где 8 - энергия возбужденного электрона относительно дна зоны проводимости. Данная величина зависит от первого критического потенциала эмиттера, для А12О3 8 ~ 1,5 эВ;
X - электронное сродство оксида алюминия ~ 0,55 эВ.
Итак, полученные значения первого и второго параметров вторично-эмиссионной эффективности составили в = 0,27; у =0,05. Они были использованы при моделировании поведения первичных и вторичных электронов в ходе компьютерного исследования ВЭ эффективности каналов в структуре анодированного А12О3.
С помощью ЭВМ рассчитывалось влияние величины калибра а канала диаметром 1 мкм на его усилительную способность М при различных ускоряющих напряжениях, прилагаемых к каналу.
При этом приняты следующие условия:
1) диапазон изменения калибра канала а (напомним, что калибр канала равен отношению его длины к диаметру) лежит в интервале от 1 до 40;
2) граничные условия распределения электрического поля в канале в областях его перехода в распределение полей межэлектродных промежутков изделия применения не учитываются;
3) контактные электроды с запы-лением металла в глубь каналов не рассматриваются;
4) взаимодействие первичного электрона, влетающего в канал, происходит в самом его начале (в пределах 1-3мкм) без учета возможного
М
10000
1000
100
10
0 10 20 30
Расчетные зависимости М=/(а) для канала на оксиде алюминия
реального распределения, которое в действительности должно быть значительно более широким;
5) энергия данного взаимодействия соответствует реальной величине, характерной для техники применения (современных плоских ЭОП 2+ поколения) и равно 500эВ, что приводит к генерации вторичных электронов в соответствии с характерной для материала А^Оз вторично-эмиссионной эффективностью и с учетом Пуассоновского распределения данной величины;
6) зарядовые явления в канале не учитываются.
Основная цель данной работы заключалась в получении зависимостей М={(а) при разных напряжениях и для ВЭ каналов пористой структуры А12О3 Проведенные предварительные расчеты с использованием разработанной и реализованной в виде программного продукта модели поведения электронов в канальном умножителе из оксида алюминия с диаметром канала 1 мкм показали, что изучение режимов усиления целесообразно вести в области изменения
а=10-40; и=100-400В.
Выполнение комплекса автоматизированных расчетов позволило построить зависимости, изображенные на рис. 1. Здесь приведены распределения усилительной способности М канала, построенные для
„ „ , наиболее интерес-40 калибр
ных случаев при одномикРонного а=10-40 и различных напряжениях питания и.
Анализируя полученные зависимости, можно сделать следующие выводы:
1. Оксид алюминия, как материал пригоден для изготовления вторично-электронных канальных умножителей. Наиболее удобной конфигурацией канала с соответствующим режимом работы вероятно следует признать вариант с калибром а ~ 30 и напряжением и=300В. Расчеты показывают, что усиление канала М в данном случае достигает более 10000, что соответствует усилительной способности каналов из свинцовосиликатного стекла.
2. Дальнейшее увеличение напряжения согласно рис. 1 обеспечивает значительный рост величины М, однако очевидно, что в действительности повышение значения и к примеру до 400 В приведет к явному проявлению процессов насыщения усиления в канале.
3. При использовании пористого оксида алюминия в качестве ВЭ усилителя с диаметром канала-поры в 1 мкм эффективной длиной канала является величина порядка 30 мкм и подаваемое ускоряющее на-
пряжение по своему значению должно быть близким к 300 В.
4. Экспертная оценка, проведенная в развитие полученных результатов, показывает, что наиболее важной проблемой, которая проявится при физических экспериментах с реальными образцами, станут повышенные шумовые характеристики пористого оксида алюминия,
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
как вторичного усилителя потоков электронов, вследствие малости диаметра каналов и невысокой прозрачности структуры. Поэтому уже на данном этапе предпочтение в исследованиях следует отдавать низковольтным режимам работы каналов (и < 300В), что будет способствовать снижению уровня шума электронного усилителя. Г¥тгт^
Козырев Евгений Николаевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, kozyrev@skgtu.ru,
Гончаров Игорь Николаевич - доктор технических наук, профессор кафедры, тел. раб. 8(8672) 407-443,
Аскеров Роман Олегович - ассистент кафедры, asker2005@rambler.ru Желоков Иван Евгеньевич - студент,
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), кафедра "Электронные приборы".
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
УПРАВЛЕНИЕ ПЕРСОНАЛОМ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ВНУТРИПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИННОВАЦИОННЫХ ЦИКЛОВ В УГЛЕДОБЫВАЮЩЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОБЪЕДИНЕНИИ
Галкина Наталья Владимировна, ведущий научный сотрудник ООО «НИИОГР», д.э.н.; Коркина Татьяна Александровна, заведующий лабораторией управления персоналом ООО «НИИОГР», д.э.н.; Великосельский Андрей Владимирович, зам. исполнительного директора ОАО «СУЭК-Красноярск» по экономике и финансам, к.э.н.; Костарев Андрей Сергеевич, зам. исполнительного директора - финансовый директор ООО «СУЭК-Хакасия», к.э.н.
Представлен инструментарий по управлению персоналом при осуществлении внутрипроизводственных инновационных циклов. Приведены примеры реализации инструментария в угледобывающих производственных объединениях ООО «СУЭК-Хакассия» и ОАО «СУЭК-Красноярск».
Ключевые слова: угледобывающее производственное объединение, инновационная деятельность, внутрипроизводственный инновационный цикл, управление персоналом, вовлеченность персонала.
PERSONNEL MANAGEMENT IN THE COURSE OF INTERNAL INDUSTRIAL INNOVATION CYCLE IMPLEMENTATION IN A COAL PRODUCTION ASSOCIATION
Galkina N.V., Korkina T.A., Velikoselsky A.V., KostarevAS.
The article presents personnel management tool for internal industrial innovation cycle implementation by coal mining companies and the related case studies in terms of the SUEK-Khakassia and SUEK-Krasnoyarsk coal production associations.
Key words: coal production association, innovative activity, inside industrial innovation cycle, personnel management, personnel involvement.
