CC BY
30
Новое в прикладной физике
УДК 537.5
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВЫХ ЭМИТТЕРОВ ДЛЯ КОРОТКОВОЛНОВЫХ СВЧ ПРИБОРОВ В СПбПУ: ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ*
Г. Г. Соминский, В.Е. Сезонов, Т. А. Тумарева, Е.П. Тарадаев
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Россия, 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.29 E-mail: sominski@rphf.spbstu.ru, sezonovve@mail.ru, tumareva@rphf.spbstu.ru, evgeny_tar@hotmail.com Поступила в редакцию 5.04.2018
Тема и цель исследования. Приведены данные о последних достижениях авторов по разработке и исследованию полевых эмиттеров для электроннопучковых 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 металл-фуллереновыми 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: • возможно оперативное изменение давления от минимального 10~9-10~10 Torr до 10~6 Torr и обратно; • возможно проведение ряда технологических операций непосредственно в вакуумной камере, в том числе, по нанесению и обработке покрытий; • 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: • отработаны достаточно простые и воспроизводимые технологии создания многоострийных и многослойных эмиттеров; • определен механизм функционирования защитных фуллереновых покрытий; • 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/cm2; • 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/cm2; • 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.
*Статья написана по материалам доклада на XVII международной зимней школе-семинаре по радиофизике и электронике СВЧ. Россия, Саратов, 5-10.02.2018
Ключевые слова: полевая эмиссия, многоострийные катоды, многослойные катоды, технический вакуум, ионная бомбардировка, двухслойные металл-фуллереновые покрытия, поля контактной разности потенциалов, коротковолновые электронно-пучковые СВЧ приборы.
001: 10.18500/0869-6632-2018-26-3-109-126
Образец цитирования: Соминский Г.Г., Сезонов В.Е., Тумарева Т.А., Тарадаев Е.П. Разработка и исследование полевых эмиттеров для коротковолновых СВЧ приборов в СПбПУ: Последние достижения // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2018. Т. 26, № 3. С. 109-126. БО!: 10.18500/0869-6632-2018-26-3-109-126
DEVELOPMENT OF FIELD EMITTERS FOR SHORT WAVE MICROWAVE DEVICES AND THEIR INVESTIGATION IN SPbPU: THE LAST ACHIEVEMENTS
G. G. Sominskii, V.E. Sezonov, T.A. Tumareva, E.P. Taradaev
Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University 29, Polytechnic Str., 195251 St. Petersburg, Russia E-mail: sominski@rphf.spbstu.ru, sezonovve@mail.ru, tumareva@rphf.spbstu.ru, evgeny_tar@hotmail.com Received 5.04.2018
Topic and aim. The data on the latest achievements of authors on the development and investigation of field emitters for electron-beam microwave devices of millimeter and submillimeter wavelengths range are presented. Methods. The methods for creating and characteristics of new type cathodes, that are of great practical interest, are described: multi-tip silicon cathodes with two-layer metal-fullerene coatings and multilayer nano-structured cathodes, whose emission is determined by the fields at the contacts of materials with a different work function. Numerical calculations and experimental investigation were carried out to optimize the cathodes and to determine their emission characteristics. The most important features of the experimental setup used are as follows. • The operative change of the pressure from the minimal value 10~9-10~10 Torr up to 10~6 Torr and back is possible. • It is possible to carry out a number of technological operations directly in the vacuum chamber, including the deposition and treatment of coatings. • It is possible to study the emission characteristics of cathodes in the continuous and pulsed modes over a wide range of voltages (up to 15-25 kV) and currents (up to 0.5 A). Results. A large number of new results have been obtained which particularly include: • fairly simple and reproducible technologies for creating multi-tip and multilayer emitters have been worked out; • the mechanism of functioning of protective fullerene coatings has been defined; • the optimal structure and morphology of the surface of multi-tip cathodes with metal-fullerene coatings have been determined and the possibility of obtaining the field emission currents up to about 100 mA with the current density up to 0.4 A/cm2 has been demonstrated; • the optimal structure of multilayer hafnium-platinum cathodes was determined and the possibility of obtaining the emission currents of about 2 mA at an extremely high current density of about 200 A/cm2 has been demonstrated; • the possibility of a long-term stable operation of the created cathodes at large currents in the conditions of at technical vacuum has been demonstrated. Discussion. Summarizing, it can be said that the created and studied cathodes are promising for use in miniature high-voltage electron-beam microwave devices of the millimeter and submillimeter wavelength range.
Key words: field emission, multitip cathodes, multilayer cathodes, technical vacuum, ion bombardment, two-layered metal-fullerene coatings, fields of contact potential difference, shortwave electron-beam microwave devices.
DOI: 10.18500/0869-6632-2018-26-3-109-126
Reference: Sominskii G.G., Sezonov V.E., Tumareva T.A.,Taradaev E.P. Development of field emitters for short wave microwave devices and their investigation in SPbPU: The last achievements. Izvestiya VUZ, Applied Nonlinear Dynamics, 2018, vol. 26, no. 3, pp. 109-126. DOI: 10.18500/0869-6632-202018-26-3-109-126
Введение
До недавнего времени полевые эмиттеры использовались преимущественно в сверхвысоковакуумных и низкоточных электронных приборах, функционирующих при умеренных рабочих напряжениях. Между тем, существуют и привлекают к себе все больший интерес миниатюрные, но высоковольтные СВЧ приборы, где трудно использовать накаливаемые термокатоды. К таковым можно отнести, например, электронно-лучевые устройства коротковолнового миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн [1, 2].
Разработаны эффективные полевые эмиттеры (см., например, [3-6]), позволяющие получать необходимые для указанных приложений токи порядка десятков миллиампер и плотности токов полевой эмиссии свыше или равных 100-200 шА/еш2. Но, к сожалению, до сих пор не доказана возможность длительной эксплуатации созданных эмиттеров в высоковольтных электронных приборах при отборе больших токов в условиях технического вакуума. В существующих «распределенных» много-острийных или лезвийных полевых эмиттерах удается уменьшить токовую нагрузку на отдельный эмиссионный центр и таким образом снизить воздействие на эмиттер тепловых эффектов, связанных с протеканием токов через эмиссионные центры. Однако пока не удается исключить разрушающее действие интенсивной в техническом вакууме ионной бомбардировки.
При использовании катодов Спиндта [3] делались попытки уменьшить интенсивность ионной бомбардировки катода с помощью специальных электронно-оптических систем, препятствующих попаданию на его поверхность ионов из канала транспортировки сформированного с использованием полевого эмиттера электронного пучка. Но при этом не исключалась бомбардировка катода быстрыми ионами, рожденными на участке ускорения электронов перед входом в канал транспортировки. В последние годы были разработаны конструкции миниатюрных автоэлектронных структур с ионной защитой эмиттера [7]. Электронно-оптическая система таких структур по замыслу разработчиков должна исключить попадание на катод ионов, образованных в самой структуре, но сомнительно, что электрические поля в таких структурах малого размера могут эффективно защитить эмиттер от бомбардировки ионами с энергией больше нескольких сотен вольт, возникающих на участке ускорения электронов вне катодной структуры.
В данной работе будут рассмотрены полевые эмиттеры нового типа, перспективные для использования в высоковольтных электронных приборах, работающих в условиях технического вакуума.
1. Полевые эмиттеры с защитным фуллереновым покрытием
1.1. Защита одноострийных вольфрамовых эмиттеров. Авторами были разработаны специальные покрытия, способные защитить полевой эмиттер от разрушающего действия ионной бомбардировки [9-10]. Для этих целей использовалось покрытие из молекул фуллерена С60 толщиной 2-3 монослоя (ш1). Исследование работы одноострийных вольфрамовых эмиттеров с фуллереновыми покрытиями, выполненное в полевом эмиссионном проекторе, описано в работах [8-10]. Фуллере-
новое покрытие обеспечивало длительную стабильную работу одноострийных эмиттеров из вольфрама при их эксплуатации в высоковольтных режимах (5-10 kV) в техническом вакууме (10_7-10_s Torr).
Фуллереновые покрытия обладают большой работой выхода (примерно 5.3 eV) [9]. Понизить работу выхода покрытия можно, нанося на его поверхность тонкие покрытия (порядка монослоя) из вещества с меньшей работой выхода. Исследования показали, что напыление атомов калия ведет к падению до 3.5-4 раз величины характерного напряжения, необходимого для отбора фиксированного тока. Однако после завершения процесса активирования характерные напряжения увеличиваются в течение 15-20 часов практически до исходного значения из-за ухода атомов калия с поверхности в сторону подложки. Долговременного снижения работы выхода удавалось добиться, активируя фуллереновое покрытие не атомами, а потоком медленных (40-100 eV) ионов калия [9, 10]. При таком способе активирования в покрытии образуются металлофуллерены типа эндоэдралов (К@Сбо) и/или экзоэд-ралов (Сбо@К) [11], присутствие которых в покрытии уменьшает работу выхода его поверхности. Максимальное снижение работы выхода покрытия при активировании потоком ионов достигало приблизительно 1.5 eV.
Молекулы металлофуллеренов обладают большим дипольным моментом и в неоднородных электрических полях в присутствии даже малых неоднородностей покрытия не уходят с покрытия к подложке, а перемещаются в сторону больших электрических полей, формируя множество (десятки) нано-выступов на поверхности субмикронного острия. Эта структура выступов дает дополнительное усиление поля у поверхности острийного эмиттера.
Проведенные опыты продемонстрировали своеобразный процесс саморегуляции структуры защитного фуллеренового слоя в присутствии интенсивной ионной бомбардировки. Быстрые ионы, бомбардирующие эмиттер, практически не разрушают и не десорбируют молекулы покрытия, а большую часть своей энергии выделяют в подложке. По дороге к подложке они разрушают некоторые выступы на поверхности покрытия, но поляризованные молекулы фуллеренов и металлофулле-ренов, высвободившиеся из выступов, перемещаются по поверхности эмиттера под действием сильно неоднородных полей и быстро захватываются соседними выступами или формируют новые. В результате токи эмиссии флюктуируют, но средние их значения меняются во времени слабо. Быстрые перемещения дипольных молекул по поверхности ведут к мерцанию изображения эмитирующей поверхности острия, которое регистрируется на экране полевого эмиссионного проектора.
Таким образом, полученные нами ранее данные свидетельствуют, что тонкие фуллереновые покрытия позволяют защитить острийный полевой эмиттер из вольфрама от разрушающего действия ионной бомбардировки. Этот метод защиты достаточно прост и воспроизводим. Однако одноострийные полевые эмиттеры с субмикронным радиусом вершины, даже из такого прочного и тугоплавкого материала, как вольфрам, не могут обеспечить токов полевой эмиссии свыше 100-200 pA. Поэтому представляет большой интерес рассмотрение возможности создания распределенных многоострийных катодов с фуллереновыми покрытиями.
1.2. Многоострийные кремниевые полевые эмиттеры с защитными покрытиями. Как показывает опыт исследования полевых эмиттеров, получить токи
порядка десятков миллиампер, необходимые во многих приложениях, удается только с распределенных систем достаточно большой площади. Поэтому было решено определить возможности создания и использования многоострийных полевых эмиттеров с защитными покрытиями.
Уже давно хорошо отработана достаточно простая технология создания упорядоченных многоострийных систем из кремния (см., например, [12]). Однако применение таких систем в качестве эмиттеров затруднено, причем не только потому, что они разрушаются под действием ионной бомбардировки, но также и по той причине, что кремниевые острия имеют, обычно, малую проводимость. Кроме того, кремниевые эмиттеры зачастую недостаточно прочны и разрушаются под действием пондеромоторных сил уже при умеренных значениях электрического поля и отбираемого тока эмиссии. Использование острийных кремниевых полевых эмиттеров в высоковольтных электронных приборах, работающих в техническом вакууме, становится возможным, если одновременно повысить их проводимость и прочность, а также устойчивость к воздействию ионной бомбардировки.
Очевидно, что проводимость поверхности кремниевого острия может быть повышена, если на нее нанести даже тонкий (порядка 4-5 пш) слой металла (см., например, [13]). Создание более толстого слоя металла на поверхности острия может увеличить и его прочность. Однако металлизация не способна долговременно защитить эмиттер от разрушающего действия ионной бомбардировки. Было решено опробовать возможность одновременного решения всех основных проблем, препятствующих использованию многоострийных катодов из кремния, с помощью двухслойных металл-фуллереновых покрытий [14-16].
Для повышения проводимости и прочности многоострийных кремниевых эмиттеров создавались молибденовые покрытия. Для защиты от разрушающего действия ионной бомбардировки на поверхность слоя металлизации наносилось покрытие из молекул фуллерена Сб0. Была исследована работа кремниевых многоострийных катодов с такими двухслойными покрытиями. Катоды имели разную морфологию поверхности. Радиусы К вершины кремниевых острий и их высота Н варьировали для разных образцов в пределах 5 < К < 20 пш, 10 < Н < 60 ^ш, соответственно. Расстояние Ь между остриями менялось в пределах 0.25Н < Ь < 2Н. Толщина молибденового покрытия варьировалась приблизительно от 5 до 20 пш. Дальнейшее увеличение толщины молибденового покрытия могло привести к недопустимому росту характерных напряжений, необходимых для получения фиксированного тока полевой эмиссии. Толщина покрытий из молекул фуллерена Сбо менялась от 2 до 10 ш1.
Исследованы созданные на основе плоских кремниевых многоострийных структур катоды, необходимые для формирования однородных по сечению и кольцевых электронных потоков с осевой симметрией, то есть потоков, предназначенных для использования в основных типах электронно-пучковых СВЧ приборов, таких, например, как гиротроны, ЛБВ и ЛОВ. У однородных по сечению катодов варьировали в широких пределах их внешний диаметр и площадь эмитирующей поверхности. У кольцевых эмиттеров меняли, кроме того, ширину А пояска острий, эмитирующего электроны.
Наряду с экспериментальным исследованием многоострийных катодов, проводились расчеты, нацеленные на оптимизацию морфологии их поверхности. В расче-
тах определялось влияние на величину тока полевой эмиссии высоты h и радиуса R вершины острий, а также расстояния L между ними. Расчеты выполнялись для диодной системы с бесконечно протяженными плоскими катодом и анодом, расположенными на расстоянии 1.5 mm друг от друга. Напряжение U между катодом и анодом диодной структуры менялось в расчетах в пределах 1 < U < 20 kV. В расчетах задавалась коническая форма острий с фиксированным радиусом основания 5 ^m. Для катодов с активированным металл-фуллереновым покрытием работа выхода острий задавалась в диапазоне от 4.0 eV до 4.7 eV. Для неактивированных покрытий работа выхода принималась равной 5.3 eV.
В заданной геометрии, при разных значениях напряжения U численно решалось трехмерное уравнение Лапласа с помощью метода конечных элементов с использованием пакета программ COMSOL Multiphysics [17]. На основании полученных данных о распределении потенциала определялось распределение электрического поля E у поверхности острий, а затем с помощью формулы Фаулера-Нордгейма рассчитывались распределение плотности тока полевой эмиссии с их поверхности и ток с каждого острия. Для получения полного тока с катода производилось суммирование полного тока по всем остриям, с которых электроны попадают на коллектор.
Экспериментально были исследованы два типа однородных по поверхности многоострийных катодов: катоды малой площади (КМП) и катоды большой площади (КБП). Многоострийные структуры КМП формировались на обращенной к аноду торцевой поверхности стержня из кремния диаметром 1 mm и имели площадь 0.002 ст2. КБП формировались на плоских подложках из кремния площадью от 0.1 до 1.0 ст2. КМП включали от 1 до 300 острий. Количество острий на поверхности КБП достигало приблизительно 105. Полученное в растровом электронном микроскопе изображение участка поверхности КБП и изображение отдельного острия показаны на рис. 1.
Исследованные кольцевые эмиттеры имели приблизительно одинаковые площадь (0.3 cm2) и морфологию эмитирующей поверхности и отличались средним диаметром и шириной многоострийного пояска.
Все покрытия наносились на многоострийные структуры непосредственно в экспериментальном приборе. Здесь же производилось активирование фуллереновых покрытий потоком ионов калия с энергией 40 eV. Морфология поверхности полевых эмиттеров контролировалась с использованием растрового электронного микроскопа типа Supra 45 WDXC до установки в экспериментальный прибор и после окончания экспериментов.
Вакуумная камера, в которой проводились экспериментальные исследования, подвергалась непрерывной откачке с помощью магниторазрядного насоса. Она была оснащена системой напуска азота. Напуск азота позволял оперативно менять давление в камере от минимального порядка 10_10-10_9 Torr до 10_6 Torr и обратно. Формирование покрытий производилось, как правило, при давлениях порядка 10_9 Torr. Для получения информации о функционировании катодов в техническом вакууме измерение эмиссионных характеристик катодов проводилось при повышенных давлениях примерно 10"7 Torr.
Характеристики КМП экспериментально исследовались в полевом эмиссионном микроскопе-проекторе с расстоянием между катодом и анодом-коллектором 12-15 mm. Из-за «расфокусировки» электронного потока на пути от острийной струк-
h--н
200 nm
Рис. 1. а - изображение участка поверхности катода большой площади, полученное с помощью растрового электронного микроскопа (зарегистрировано под углом 45° к нормали поверхности эмиттера). Расстояние между остриями 30 pm, высота острий ~ 30 pm. b - изображение отдельного острия
Fig. 1. a - an image of a part of the surface of a large area cathode, obtained with a scanning electron microscope (recorded at an angle of 45° to the normal of the emitter surface). The distance between the tips is 30 pm, the height of the tips is 30 pm. b - image of the single tip
туры до коллектора плотность электронного тока на коллектор не превышала примерно 10"3-10"4 средней по поверхности плотности тока с катода. В связи с этим при исследовании КМП можно было определить возможность длительной эксплуатации катодов в непрерывном режиме при отборе с их поверхности тока достаточно больших плотностей, сведя к минимуму интенсивность электронной бомбардировки коллектора и тепловые эффекты на коллекторе, а также десорбцию частиц с его поверхности.
Измерение эмиссионных характеристик КБП и кольцевых эмиттеров проводилось в диоде с расстоянием 1.5 mm между катодом и анодом-коллектором. Плотности регистрируемых токов на коллектор в таких измерениях близки к плотности тока с катода. Поэтому, чтобы избежать перегрева коллектора, основные измерения характеристик КБП и кольцевых эмиттеров в непрерывном режиме проводились при токах эмиссии, не превышающих 1-2 mA. Измерения при больших токах выполнялись в импульсном режиме при длительности импульсов 1-2 ps и частотах их следования 50-500 Hz.
Типичные характеристики КМП показаны на рис. 2. Исследованные КМП имели примерно 300 кремниевых острий с покрытием, включающим слой молибдена толщиной примерно 10 nm и нанесенное поверх металлизации фуллереновое покрытие толщиной 2 ml, активированное в результате бомбардировки ионами калия. Радиус вершины острий с учетом покрытия был примерно равен 20 nm.
Вольт-амперная характеристика I(U), измеренная в импульсном режиме, показана на рис. 2, a. Средняя по поверхности КМП плотность тока эмиссии при предельном токе ориентировочно 2 mA была порядка 1 A/cm2. Типичная зависимость тока эмиссии КМП от времени работы катода I(t), измеренная при напряжении U = 6.3 kV и начальном токе 240 pA, приведена на рис. 2, b.
ЛшЛ
Л UA 300-
2.0-
1.0-
250 Ti
о
-I-1-"T -т—-I"--1-1-1-1
2 4 6 8 U, kV
T—~r~-T
200
b
О 1 2 3 4 r, h
a
Рис. 2. Характеристики катода малой площади с металл-фуллереновым покрытием: a - вольт-амперная характеристика катода, полученная в импульсном режиме (2 ps, 100 Hz); b - зависимость тока эмиссии от времени работы в статическом режиме при напряжении U = 6.3 kV
Fig. 2. Characteristics of a small area cathode with a metal fullerene coating: a - current-voltage characteristic of a cathode obtained in a pulsed mode (2 ps, 100 Hz); b - the dependence of the emission current on the operating time in the static mode at a voltage U = 6.3 kV
Эксперименты с катодами малой площади подтвердили возможность защиты полевых эмиттеров с помощью металл-фуллереновых покрытий от разрушающего действия ионной бомбардировки. В условиях технического вакуума на уровне 10"7 Torr флюктуации тока не превышали приблизительно ±2-3%. При измерении характеристик I(t) наибольший интервал времени работы КМП в течение одного дня не превышал 5-7 часов. Однако высокую долговечность созданных острийных полевых эмиттеров при эксплуатации в техническом вакууме подтверждают многократные длительные измерения характеристик I(t) данного катода, выполненные в разные дни.
Полученные данные об эмиссионных характеристиках КМП с двухслойными покрытиями свидетельствуют, что эмиттеры такого типа могут стабильно работать в непрерывном режиме при плотностях тока эмиссии, достаточных для некоторых типов коротковолновых (миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн) СВЧ приборов. Например, даже при токе эмиссии 240 pA, существенно меньшем предельного значения (примерно 2 mA), средняя по поверхности эмиттера плотность тока эмиссии была около 1.2 х 10"1 А/^2.
В экспериментах с КМП были оценены максимальные значения тока эмиссии, которые может выдержать одиночное кремниевое острие с двухслойным металл-фуллереновым покрытием. Было установлено, что типичное острие с покрытием, имеющим суммарный радиус вершины (с учетом толщины покрытия) 20-25 nm, выдерживает отбор тока не более 5-6 pA. Возможности получения больших токов были исследованы для катодов большой площади.
Полученные при исследовании КМП данные были использованы при определении в расчетах оптимальной морфологии поверхности многоострийных катодов. Учитывая тот факт, что острия существующих кремниевых катодов выдерживают отбор токов, не превышающих некоторое предельное значение Iextrem, при выборе оптимальной морфологии поверхности многоострийных катодов для высоковольтных приборов приходится принимать компромиссное решение. С одной стороны, для получения тока I с катода на его поверхности должно быть создано достаточно большое количество острий N, удовлетворяющих соотношению N > I/Iextrem,
а с другой стороны, должна быть обеспечена работа электронного прибора при повышенном рабочем напряжении. Для принятия такого компромиссного решения необходимы данные о влиянии морфологии поверхности много-острийных катодов на отбор тока с их поверхности. На рис. 3 приведено семейство рассчитанных вольтам-перных характеристик для многоост-рийных эмиттеров с неактивированным металл-фуллереновым покрытием (еф = 5.3 еУ) с остриями высотой Н = 30 рш и с радиусом вершины К = 10 пш, полученных для разных значений расстояния Ь между остриями.
Из полученных данных следует, что в условиях, когда практически отсутствует взаимная экранировка острий (при Ь = 2Н = 60 рш), эмиттер площадью 0.2 сш2 может обеспечить токи не более 50 шА. Большие токи могут быть получены с эмиттера той же площади, но с большим количеством острий на поверхности и при большем напряжении между катодом и анодом. Определяет выбор соотношения высоты острий и расстояния между ними допустимое значение напряжения и при эксплуатации катода. Проведенные расчеты свидетельствуют, что, например, при и = 17 кУ структура острий высотой 30 рш при Ь = 0.5Н может обеспечить токи полевой эмиссии примерно 0.8 А.
Уменьшить рабочие напряжения, необходимые для получения фиксированных значений токов, можно, если использовать активированные металл-фуллероновые покрытия. На рис. 4, а показано семейство вольт-амперных характеристик для эмиттеров с К =10 пш, Н = 30 рш и различными значениями Ь, полученные для активированного металл-фуллеренового покрытия с работой выхода 4.0 еУ. На рис. 4, Ь показано семейство характеристик, полученное для активированного покрытия со значением еф = 4.7 еУ. Согласно проведенным расчетам, при использовании активированного покрытия можно снизить напряжение, необходимое для получения фиксированного значения тока эмиссии, в 1.5 раза.
В данных расчетах не учитывались возможные ограничения тока эмиссии многоострийных катодов, обусловленные, например, конечной прочностью острий и тепловыми эффектами (конечной их теплопроводностью). Для таких сложных нано-структурированных систем, какими являются острия с двухслойными металл-фуллереновыми покрытиями, практически невозможно достаточно точно определить эти характеристики. В расчётах трудно также учесть тонкую структуру выступов на поверхности фуллеренового покрытия, формирование которых может заметно изменить усиление поля. Получить информацию о влиянии указанных факторов можно практически только в экспериментах.
Рис. 3. Семейство вольтамперных характеристик многоострийных эмиттеров с неактивированным металл-фуллереновым покрытием (еф = 5.3 eV). Расчёт выполнен для структур с разными значениями расстояния L между остриями при h = 30 pm и R =10 nm
Fig. 3. A family of current-voltage characteristics of emitters with a non-activated metal-fullerene coating (еф = 5.3 eV). Calculation were made for emitters with h = 30 pm and R =10 nm having the structures with different values of the distance L between the tips
Рис. 4. Семейство вольтамперных характеристик эмиттеров с активированным металл-фуллереновым покрытием: a - еф = 4.0 eV; b - еф = 4.7 eV. Расчёт выполнен для эмиттеров с h = 30 pm и R =10 nm для структур с разными значениями расстояния L между остриями
Fig. 4. A family of current-voltage characteristics of emitters with an activated metal-fullerene coating: a -еф = 4.0 eV; b - еф = 4.7 eV. Calculation were performed for emitters with h = 30 pm and R =10 nm for structures with different values of the distance L between the tips
Результаты экспериментального исследования КБП и кольцевых эмиттеров удовлетворительно согласуются с результатами расчетов. Наилучшие эмиссионные характеристики были получены для КБП и кольцевых эмиттеров с остриями высотой h = 30 pm и радиусом вершины R = 20-25 nm, расположенными на расстоянии L ~ h, то есть в условиях частичной взаимной экранировки острий. Была экспериментально исследована работа катодов с активированными и с неактивированными покрытиями. После проведения продолжительной (нескольких часов) тренировки катодов с отбором тока, однородные по поверхности КБП и кольцевые эмиттеры стабильно работали в условиях технического вакуума. Предельные токи эмиссии неактивированных КБП площадью 0.2-0.3 cm2 и кольцевых катодов такой же площади достигали значений 100-110 mA. На рис. 5 приведены типичные
вольт-амперные характеристики КБП площадью 0.25 cm2 с активированным (кривая 1) и с неактивированным (кривая 2) покрытием. Предельные токи КБП с активированным покрытием были существенно меньше, чем при работе с неактивированным покрытием. С нашей точки зрения, падение предельных токов связано с тем обстоятельством, что при активировании покрытия часть атомов калия, не захваченная молекулами фуллерена, интеркалирует под фул-лереновое покрытие и уменьшает его связь с подложкой.
О высокой стабильности работы КБП и кольцевых эмиттеров свидетельствуют измеренные для этих катодов зависимости тока эмиссии от времени их работы. На рис. 6, а приведены типич-
Рис. 5. Типичные вольт-амперные характеристики катода большой площади с активированным (кривая 1) и с неактивированным (кривая 2) покрытием
Fig. 5. Typical current-voltage characteristics of the large area cathode with activated (curve 1) and with non-activated (curve 2) coating
Рис. 6. Измеренные в импульсном режиме (1 ps, 500 Hz) зависимости тока эмиссии I кольцевого катода с внешним диаметром 8.3 mm и внутренним диаметром 5.7 mm от времени работы (t, час): а -характеристики, измеренные при разных значениях начального тока эмиссии; b - типичная последовательность зависимостей I (t), измеренных для одного эмиттера в течение 6 дней (1-6) при напряжении 9.9 kV и приблизительно одинаковых значениях начального тока эмиссии
Fig. 6. Measured in the pulsed mode (1 ps, 500 Hz) the dependences of the emission current I of the annular cathode with an external diameter of 8.3 mm and an internal diameter of 5.7 mm on the operating time (t, hour): a - the characteristics measured at different initial emission current values; b - a typical sequence of I(t) curves measured for one emitter for 6 days (1-6) at the voltage of 9.9 kV and approximately the same values of the initial emission current
ные зависимости I(t), измеренные для одного из кольцевых эмиттеров площадью 0.3 cm2. Как и в случае катодов малой площади высокую стабильность работы КБП подтверждают измерения характеристик I(t) таких катодов, выполненные в разные дни. На рис. 6, b приведена типичная последовательность зависимостей I(t), измеренных для одного кольцевого эмиттера в течение 6 дней. Вертикальными линиями отмечен момент начала измерений, а над кривыми пронумерованы дни, в течение которых проведены измерения.
Таким образом, подытоживая результаты исследования многоострийных кремниевых катодов с двухслойными металл-фуллереновыми покрытиями, отметим главное.
• Отработана достаточно простая в реализации технология создания металл-фуллереновых покрытий на поверхности многоострийных кремниевых структур.
• В проведенных расчетах выработаны критерии оптимизации морфологии поверхности структур.
• В экспериментах продемонстрирована возможность стабильной работы моно-гоострийных катодов с металл-фуллереновыми покрытиями в высоковольтных электронных приборах в условиях технического вакуума на уровне 10_7 Torr.
• С оптимизированных многоостроийных катодов, площадью 0.2-0.3 cm2 с защитными металл-фуллереновыми покрытиями, получены токи эмиссии примерно 100 mA, достаточные для обеспечения работы некоторых типов СВЧ устройств коротковолнового миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, а также миниатюрных источников рентгеновского излучения.
2. Многослойные катоды - новый тип эмиттеров, полевая эмиссия которых определяется полями у контакта материалов с разной работой выхода
Для получения интенсивной полевой эмиссии необходимо создавать у поверхности твердого тела чрезвычайно большие электрические поля порядка или более 2-5 107 V/cm. Обычно для получения таких полей при умеренных напряжениях на поверхности катодов создают усиливающие поле выступы или структуры выступов. Формирование структуры выступов, обеспечивающих достаточное усиление поля, -сложная технологическая задача. К тому же, они разрушаются под действием пон-деромоторных сил и/или ионной бомбардировкой в первую очередь. Между тем, известно (см., например, [18]), что большие электрические поля существуют у контакта материалов с разной работой выхода еф. Принято считать, что действие таких полей вредно влияют на эмиссию катодов. Например, «поля пятен», существующие на поверхности неоднородных по химическому составу материалов, уменьшают эффективную эмитирующую поверхность, препятствуя выходу термо-электронов с катода в областях контакта разных материалов [18].
Нами было решено опробовать возможность получения полевой эмиссии под действием контактных полей. Были исследованы композиты из гранул гексаборида лантана (еф & 2.5-3.8 eV) в пирографите (еф & 4.7 eV), а также простейшие системы из приведенных в контакт слоев индия (еф & 3.7-4.1 eV) [19] и фуллеренов (еф & 5.3 eV) [8]. Эти исследования продемонстрировали возможность получения полевой эмиссии из контакта материалов с разной работой выхода. Полученные в них результаты послужили основой для разработки многослойных эмиттеров нового типа [15, 20].
Многослойные системы, включающие большое количество (до 40) приведенных в контакт пар слоев материалов с разной работой выхода, казались перспективными для получения больших токов полевой эмиссии. Были исследованы многослойные катоды из двух пар материалов: из иттербия (еф & 3.1 eV) и углерода (еф & 4.7 eV), а также из гафния (еф & 3.5 eV) и платины (еф & 5.3 eV). Слоистые катоды создавались с использованием магнетронного напыления.
Приведем здесь результаты последних исследований наиболее эффективных слоистых Hf-Pt катодов. Для выработки правил построения слоистых катодов и определения их эмиссионных характеристик проводились специальные расчеты и эксперименты. В расчетах, выполненных с использованием программы COMSOL Multiphysics, определялись распределения полей в диодной системе со слоистым катодом, строились траектории электронов и определялись токи на анод. При расчете полей учитывалось существование переходных зон между приведенными в контакт слоями, где при последовательном магнетронном их напылении существует смесь материалов.
В расчетах было определено влияние на эмиссионные характеристики слоистых катодов толщины d приведенных в контакт слоев и разницы их работы выхода Деф, а также числа пар слоев N. На рис. 7 показаны рассчитанные характеристики катода содержащего 20 пар слоев гафния и платины. Расчеты показали, что увеличение толщины слоев платины dpt при фиксированной толщине слоев гафния dnf ведет к быстрому падению эмиссионного тока (рис. 7, а). Увеличение же толщины слоев гафния в интервале dHf < 20-25 nm при dPt = const сопровождается быстрым
Рис. 7. a - зависимости тока эмиссии I многослойного эмиттера от толщины слоев платины dpt, рассчитанные при фиксированных значения толщины слоев гафния dHf. b - зависимости тока эмиссии от толщины слоев гафния при фиксированных значения толщины слоев платины. Расчеты выполнены при анодном напряжении U = 6 kV для катода, включающего 20 пар слоев гафния и платины
Fig. 7. a - dependences of the emission current I on the thickness dPt of platinum layers at fixed values of the hafnium layers thickness dHf. b - dependences of the emission current on the thickness of hafnium layers at fixed thickness of platinum layers. The calculations were performed at the anode voltage U = 6 kV for the cathode including 20 pairs of layers of hafnium and platinum
ростом эмиссионного тока (рис. 7, b). Затем рост тока замедляется и зависимость I (dHf) выходит в насыщение.
Из расчетов следует (рис. 8), что при заданной суммарной толшине слоистого катода и минимальной толщине слоев платины dpt = 2 nm для получения максимального тока эмиссии необходима оптимизация толщины слоев гафния. Так при d^ = 250 nm оптимальна толщина слоев гафния составляет 10-12 nm.
Проведенное экспериментальное исследование работы многослойных катодов подтвердило основные выводы, следующие из расчетов. Измерение эмиссионных характеристик проводилось в диоде с расстоянием 1 mm между катодом и анодом. На рис. 9, a показаны типичные вольт-амперная характеристика и характеристика Фаулера-Нордгейма Hf-Pt катода. На рис. 9, b приведена зависимость тока эмиссии I этого же катода от времени t его эксплуатации. Катод включал 20 пар слоев платины и гафния с толщинами соответственно 2 и 10 nm. Такой катод обеспечивал в непрерывном режиме ток полевой эмиссии примерно до 2 mA при средней с поверхности катода плотности тока примерно 200 А/^2.
При работе со слоистыми катодами невозможно использовать какое-либо покрытие, защищающее эмиттер от разрушающего действия ионной бомбардировки. Однако эксперименты показали, что даже при указанных чрезвычайно больших плотностях тока эмиссии в условиях технического вакуума в пределах 10" 710-8 Torr Hf-Pt катоды работают практически так же стабильно, как многоострий-ные кремниевые катоды с защитными металл-фуллереновыми покрытиями. Как и в случае многоострийных катодов с металл-фуллереновыми покрытиями испытания стабильности работы многослойных катодов проводились в течение интервала времени не более 5-7 часов в сутки. Однако измерения, выполненные в течение нескольких суток, свидетельствуют, что эмиссионные характеристики слоистых катодов практически не меняются, во всяком случае, в течение нескольких десятков часов их эксплуатации. Столь стабильная работа слоистых катодов в условиях ин-
Рис. 8. Зависимости тока эмиссии многослойного катода от толщины слоев гафния dHf, рассчитанные для катодов разной суммарной толщины ds при фиксированной толщине слоев платины dpt = 2 nm. Анодное напряжение U = 6 kV
Fig. 8. Dependences of the emission current of a multilayer cathode on the thickness of hafnium layers dHf, calculated for cathodes of different total thickness ds at a fixed thickness of platinum layers dpt = 2 nm. Anode voltage U = 6 kV
Рис. 9. Характеристики многослойного катода, включающего 20 пар слоев гафния и платины: а - вольт-амперная характеристика и характеристика Фаулера-Нордгейма; b - типичная зависимость эмиссионного тока от времени работы
Fig. 9. Characteristics of a multilayer cathode including 20 pairs of hafnium and platinum layers: a - the current-voltage and Fowler-Nordheim characteristics; b - typical dependence of the emission current on the operating time
тенсивной ионной бомбардировки может быть объяснена тем, что распыление поверхности исследованной слоистой структуры практически не меняет размеров контактной области нанесенных материалов, а также их работы выхода. Связанное же с распылением изменение расстояния между эмитирующей поверхностью слоистой структуры и анодом пренебрежимо мало по сравнению с исходной величиной этого расстояния й = 1 тт.
Заключение
Подводя итоги работы, отметим следующее.
• Во многих лабораториях мира разрабатываются и исследуются полевые эмиттеры. В настоящее время уже существуют катоды, способные обеспечить достаточно большие токи и плотности токов полевой эмиссии, необходимые для ряда приложений в СВЧ электронике. Однако пока для большинства существующих катодов не доказана возможность их практического использования в высоковольтных электронных приборах, работающих в техническом вакууме. Перспективными для таких приложений представляются разработанные в СПбПУ многоострийные кремниевые катоды с двухслойными металл-фуллере-новыми покрытиями, а также многослойные катоды из приведенных в контакт материалов с разной работой выхода.
• Полученные в СПбПУ данные свидетельствуют о возможности использования исследованных многоострийных катодов в миниатюрных высоковольтных приборах, работающих в техническом вакууме. Созданные многоострийные катоды с защитными металл-фуллереновыми покрытиями обеспечивают стабильную эмиссию, достаточную для диагностических гиротронов [1]. Многослойные катоды не позволяют пока получать токи, необходимые для функционирования такого типа СВЧ приборов, но по сделанным оценкам имеют боль-
шие резервы повышения токов эмиссии. Оба типа катодов, разрабатываемых и исследуемых в СПбПУ, уже на данном этапе перспективны для использования в миниатюрных источниках рентгеновского излучения.
Авторы выражают глубокую признательность сотрудникам ООО «Топскан», изготовившим кремниевые структуры, необходимые для создания исследованных в работе многоострийных катодов.
Данная работа финансировалась из средств гранта Российского научного фонда № 16-12-10010.
Библиографический список
1. Glyavin M.Yu., Manuilov V.N., Sominskii G.G., Taradaev E.P., Tumareva T.A. The concept of an electron-optical system with field emitter for a spectroscopic gyrotron // Infrared Physics & Technology. 2016. Vol. 78. Pp. 185-189.
2. Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Данилушкин А.В., Навроцкий И.А., Павлов А.А., Шумихин К.В. Особенности разработки электронно-оптических систем для импульсных терагерцовых ламп бегущей волны: Обзор // ЖТФ/ 2018. Т. 88, № 3. С. 464-470.
3. Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M., Bellew C.L., Holland C.E., Spindt C.A. 100 W operation of a cold cathode TWT // IEEE Transactions on Electron Devices. 2009. Vol. 56, no. 5. Pp. 896-905.
4. Spindt C., Holland C.E., Schwoebel P.R. A reliable improved Spindt cathode design for high currents // Vacuum Electronics Conference 2010 (IVEC-2010). IEEE International. 2010. May. Pp. 201-202.
5. Chen Z., Zhang Q., Lan P., Zhu B., Yu T., Cao G., den Engelsen D. Ultrahigh-current field emission from sandwich-grown well-aligned uniform multi-walled carbon na-notube arrays with high adherence strength // Nanotechnology. 2007. Vol. 18. Pp. 265702.
6. Бушуев Н.А., Глухова O.E., Григорьев Ю.А., Иванов Д.В., Колесникова А.С., Николаев А.А., Шалаев П.Д., Шестеркин В.И. Исследование эмиссионных характеристик многолучевой электронной пушки с автоэмиссионным катодом из стеклоуглерода // ЖТФ. 2016. Т. 86, № 2. С. 134-139.
7. Абаньшин Б.И., Горфинкель Б.И., Морев С.П., МосияшД.С., Якунин А.Н. Исследование процесса формирования углеродной наноразмерной автоэмиссионной структуры с ионной защитой // ПЖТФ. 2014. Т. 40, № 9. С. 86-94.
8. Тумарева Т.А., СоминскийГ.Г., Ефремов А.А., Поляков А.С. Острийные полевые эмиттеры с фуллереновым покрытием // ЖТФ. 2002. Т. 72, № 2. С. 105-110.
9. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Бондаренко А.К., Веселов А.А., Светлов И.А. Активирование фуллереновых покрытий полевых эмиттеров потоками атомов и ионов калия // ЖТФ. 2006. Т. 76, № 7. С. 81-84.
10. Тумарева Т.А., Соминский Г.Г., Светлов И.А., Морозов А.Н. Активированные потоком ионов калия полевые эмиттеры с фуллереновыми покрытиями в сильных электрических полях // ЖТФ. 2008. Т. 78, № 11. С. 119.
11. Campbell E.E.B., Tellgmann R., Krawez N., Hertel I.V. Production and LDMS characterisation of endohedral alkalifullerene films // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1997. Vol. 58, iss. 11. Pp. 1763-1769.
12. Гиваргизов Е.ЖКристаллические вискеры и наноострия // Природа. 2003. № 11. С. 20-25.
13. Karabutov A.V., Konov V.I., Pimenov S.M., Frolov V.D., Obraztsova E.D., Polyakov V.I., Rossukanyi N.M. Peculiarities of field electron emission from CVD diamond films // J. De Physique IV. 1996. Vol. 6, iss. 5. Pp. C5113-C5118.
14. Соминский Г.Г., Тумарева Т.А., Тарадаев Е.П., Мишин М.В., Степанова А.Н. Многоострийные полупроводниковые полевые эмиттеры с двухслойными защитными покрытиями нового типа // ЖТФ. 2015. Т. 85, № 1. С. 138-142.
15. Соминский Г.Г., Сезонов В.Е., Тарадаев Е.П., Тумарева Т.А., Задиранов Ю.М., Корнишин С.Ю., Степанова А.Н. Полевые эмиттеры нового типа для высоковольтных электронных устройств // Известия вузов. Радиофизика. 2015. Т. 58, № 7. С. 568-576.
16. Соминский Г.Г., Тарадаев Е.П., Тумарева Т.А., Гиваргизов М.Е., Степанова А.Н. Полевая эмиссия многоострийных кремниевых структур с защитными покрытиями //ЖТФ. 2016. Т. 86, № 11. С. 108-111.
17. COMSOL Multiphysics. Платформа для моделирования физических процессов [Электронный ресурс]. https://www.comsol.ru/comsol-multiphysics.
18. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионая электроника. М.: Наука, 1966. 564 с.
19. Фоменко В.С. Эмиссионные свойства материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1981. 339 с.
20. Sominskii G.G., Sezonov V.E., Tumareva T.A., Taradaev E.P. Field Emitter//Patent of the Russian Federation N0 118119 for utility model. Published on 10.07.2012.
References
1. Glyavin M.Yu., Manuilov V.N., Sominskii G.G., Taradaev E.P., Tumareva T.A. The concept of an electron-optical system with field emitter for a spectro-scopic gyrotron. Infrared Physics & Technology, 2016, vol. 78, pp. 185-189.
2. Burtsev A.A., Grigor'ev Yu.A., Danilushkin A.V., Navrotskii I.A., Pavlov A.A., Shumikhin K.V. Features of the development of electron-optical systems for pulsed terahertz traveling wave lamps: Review. Tech. Phys., 2018, vol. 63, iss. 3, pp. 452-459.
3. Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M., Bellew C.L., Holland C.E., Spindt C.A. 100 W operation of a cold cathode TWT. IEEE Transactions on Electron Devices, 2009, vol. 56, no. 5, pp. 896-905.
4. Spindt C., Holland C. E., Schwoebel P. R.. A reliable improved Spindt cathode design for high currents. Vacuum Electronics Conference, 2010 (IVEC-2010), IEEE International, 2010, May, pp. 201-202.
5. Chen Z., Zhang Q., Lan P., Zhu B., Yu T., Cao G., den Engelsen D. Ultrahigh-current field emission from sandwich-grown well-aligned uniform multi-walled carbon
nanotube arrays with high adherence strength. Nanotechnology, 2007, vol. 18, pp. 265702.
6. Bushuev N. A., Glukhova O. E., Grigor'ev Yu. A., Ivanov D. V., Kolesnikova A.S., Nikolaev A.A., Shalaev P.D., Shesterkin V.I. Emissivity of a multibeam electron gun with a glassy carbon field-emission cathode. Tech. Phys., 2016, vol. 61, iss. 2, pp. 290-295.
7. Aban'shin N. P., Gorfinkel' B. I., Morev S. P., Mosiyash D.S., Yakunin A.N. Autoemission structures of nanosized carbon with ionic protection. Studying the prospects of reliable control in forming structures. Tech. Phys. Letters, 2014, vol. 40, iss. 5, pp. 404-407.
8. Tumareva T. A., Sominskii G. G., Efremov A. A., Polyakov A. S. Tip field emitters coated with fullerenes. Tech. Phys., 2002, vol. 47, iss. 2, pp. 244-249.
9. Tumareva T. A., Sominskii G. G., Bondarenko A.K., Veselov A.A., Svetlov I.A. Activation of fullerene coatings on field emitters by potassium atom and ion fluxes. Tech. Phys., 2006, vol. 51, iss. 7, pp. 898-901.
10. Tumareva T.A., Sominskii G. G., Svetlov I. A., Morozov A. N. Fullerene-coated field emitters activated by a potassium ion flux in high electric fields. Tech. Phys., 2008, vol. 53, iss. 11, pp. 1504-1507.
11. Campbell E.E.B., Tellgmann R., Krawez N., Hertel I.V. Production and LDMS characterisation of endohedral alkalifullerene films. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1997, vol. 58, iss. 11, pp. 1763-1769.
12. Givargizov E.I. Crystal whiskers and nano-tips. Nature, 2003, iss. 11, pp. 20-25 (in Russian).
13. Karabutov A.V., Konov V.I., Pimenov S.M., Frolov V.D., Obraztsova E.D., Polyakov V.I., Rossukanyi N.M. Peculiarities of field electron emission from CVD diamond films. J.De Physique IV, 1996, vol. 6, iss. 5, pp. C5113-C5118.
14. Sominskii G.G., Tumareva T.A., Taradaev E.P., Mishin M.V., Stepanova A.N. Mul-titip semiconductor field emitters with new-type bilayer protecting coatings. Tech. Phys., 2015, vol. 60, iss. 1, pp. 133-141.
15. Sominskii G.G., Sezonov V.E., Taradaev E.P., Tumareva T.A., Zadiranov Y.M., Kornishin S.Y., Stepanova A.N. Innovative field emitters for high-voltage electronic devices. Radiophysics and Quantum Electronics, 2015, vol. 58, iss. 7, pp. 511-519.
16. Sominskii G.G., Taradaev E.P., Tumareva T.A., Mishin M.V., Stepanova A.N. Field emission of multitip silicon structures with protection coatings. Tech. Phys., 2016, vol. 61, iss. 11, pp. 1711-1714.
17. COMSOL Multiphysics. Platform for modeling physical processes [Electronic resource]. https://www.comsol.ru/comsol-multiphysics.
18. Dobretsov L.N., Gomoyunova M.V. Emission Electronics. Moskow: Nauka, 1966, 564 p. (in Russian).
19. Fomenko V.S. Emission Properties of Materials: A Hand book. Kiev: Naukova Dumka, 1981, 339 p. (in Russian).
20. Sominskii G.G., Sezonov V.E., Tumareva T.A., Taradaev E.P. Field Emitter. Patent of the Russian Federation No 118119 for utility model. Published on 10.07.2012.
Соминский Геннадий Гиршевич - родился в Ленинграде (1935). Окончил в 1960 году Ленинградский политехнический институт им. М.И. Калинина (ныне Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, СПбПУ). Защитил кандидатскую диссертацию (1967) и диссертацию на соискание ученой степени д.ф.-м.н. (1984) по исследованию и разработке мощных СВЧ устройств со скрещенными полями. Работает на кафедре «Физическая электроника» СПбПУ (с 1960), профессором (с 1991). В 1968 году организовал на кафедре лабораторию сильноточной и СВЧ электроники и руководит ею по настоящее время. Научные интересы: процессы в пространственном заряде и их влияние на работу сильноточных электронных устройств, разработка и совершенствование полевых эмиттеров для формирования интенсивных электронных потоков. Руководитель работ по гранту Российского научного фонда № 16-12-10010. Автор около 300 печатных работ и 22 изобретений.
Россия, 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.29 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого E-mail: sominski@rphf.spbstu.ru
Сезонов Вячеслав Евгеньевич - родился в Ленинграде (1988). Окончил (2011) Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) и поступил в том же году в аспирантуру на кафедру «Физическая электроника» СПбПУ. Работает младшим научным сотрудником кафедры (с 2016). Активно участвует в выполнении научных исследований на кафедре. Разрабатывает и исследует многослойные нано-структурированные полевые эмиттеры нового типа. Является одним из основных исполнителей работ по гранту Российского научного фонда № 16-12-10010. Автор 14 печатных работ и одного изобретения.
Россия, 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.29 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого E-mail: sezonovve@mail.ru
Тумарева Татьяна Алексеевна - родилась в Ленинграде (1937). Окончила (1960) Ленинградский политехнический институт им. М.И. Калинина (ныне Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, СПбПУ). После окончания института работала в Государственном оптическом институте, а затем в Ленинградском Политехническом институте (с 1964). Защитила диссертацию на соискание ученой степени к.ф.-м. н. (1972), посвященную созданию и исследованию полевых эмиттеров с разнообразными активирующими покрытиями. В настоящее время - старший научный сотрудник кафедры «Физическая электроника» СПбПУ. Научные интересы связаны с разработкой и исследованием долговечных и эффективных полевых эмиттеров. Разработала оригинальные методы диагностики полевых эмиттеров и формируемых ими электронных потоков. Разработала перспективные полевые эмиттеры с фул-лереновыми покрытиями. Является основным исполнителем работ по гранту Российского научного фонда № 16-12-10010. Автор около 150 печатных работ и 4 изобретений.
Россия, 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.29 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого E-mail: tumareva@rphf.spbstu.ru
Тарадаев Евгений Петрович родился в Ленинграде (1990). Окончил (2013) Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) и поступил в том же году в аспирантуру на кафедру «Физическая электроника» СПбПУ. Защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук (2017) и в настоящее время работает инженером кафедры. Активно участвует в выполнении научных исследований. Является одним из основных исполнителей работ по гранту Российского научного фонда № 16-12-10010. Разрабатывает и исследует многоострийные полевые эмиттеры нового типа с двухслойными металл-фуллереновыми покрытиями. Автор 22 печатных работ и 2 изобретений.
Россия, 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.29 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого E-mail: evgeny_tar@hotmail.com
