ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизмы нестабильности автоэмиссионного то. 6.5. Квазистационарность флуктуаций из "Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов " Проведение в процессе формовки контроля уровня флуктуаций позволяет судить по особенности поведения спектров о физической природе процессов на поверхности автокатодов, скорости и характере ее перестройки. [c.225] Для неотформованных катодов изучение спектров флуктуаций по указанной методике физически некорректно, т. к. при первых включениях таких автокатодов их поверхность быстро меняется, т. е. процесс токоотбора существенно нестационарен. У отформованных катодов поверхность более стабильна и уровень флуктуаций тока эмиссии значительно ниже. Как показали эксперименты, последовательно снятые спектры нестабильности отформованных катодов практически не отличаются друг от друга. [c.225] Проведен анализ флуктуаций во всем диапазоне измеряемых токов при минимальном значении тока 20 нА для автокатодов из углеродных материалов различный структуры, а именно из одиночных фибрильных волокон типа ВМН-РК с температурой отжига 2000 °С, из пучков волокон типа ВМН-4 общим диаметром 100 мкм, из пластинок пирографита толщиной 100 мкм и длиной 3 мм, стержней из графита МПГ-6 сечением 1 х 1 мм. Расстояние анод—катод устанавливалось визуально на уровне 2 мм для катодов из одиночных волокон и 0,2—0,5 мм для катодов из остальных материалов. Оказалось, что все полученные спектры подчиняются закону l//gr, аналогичному частотной зависимости спектральной плотности некоторых низкочастотных шумов [285, 291]. [c.225] ТОТЫ по закону сг w l//gri где а лежит в пределах 0,4—0,8. Погрешность определения по методу наименьших квадратов в большинстве случаев составляет 0,02, т. е. показывать экспериментальные точки на рис. 6.36 нет необходимости. [c.226] Образцы из пучков таких волокон, графита типа МПГ-6, пирографита формовались по линейному режиму длительностью 2 часа при максимальном токе 1 мА. [c.228] Для графита МПГ-6 показатель а при больших токах равнялся 0,3, а при малых — 0,6 с переходным участком в диапазоне токов 1 — 10 мкА. [c.229] Пирографит имел значения а, равные 0,6 и 0,7 при больших и малых токах соответственно, а переходной участок наблюдался при токах 3—30 мкА. Частотная зависимость дифференциального отклонения Д имела аналогичные особенности. [c.229] В диапазоне частот 1 — 10 кГц существуют две области аномального поведения тока автокатодов 5000 до 5500 Гц и от 9000 до 10000 Гц. Для первой полосы данного диапазона наблюдается явный всплеск спектральной плотности автоэмисионного тока с максимумом в точке 5250 Гц (рис. 6.6а), причем прослеживается характерный пик и для напряжения анод—катод, тогда как для тока резистора, измеренного в этом же диапазоне частот, никакой аномалии не наблюдается. Такое поведение характерно и для других катодов. Единственное отличие заключается в величине максимума, при неизменном его положении, что по-видимому, связано с разницей в площади рабочей поверхности и, соответственно, с разным количеством ионов остаточных газов, падающих на рабочую поверхность катода в единицу времени. [c.230] Форма максимума и его положение в пределах второй полосы (от 9 до 10 кГц) (рис. б.бб) несколько отличается от первой. Положения этих максимумов для разных автокатодов несколько смещены друг относительно друга, а величина максимума заметно меньше, чем для первой аномальной области частот. [c.230] При построении моделей шумовых процессов, сопровождающих работу автоэлектронного катода, необходимо выделить роль и условия возникновения физических явлений, приводящих к флуктуациям тока эмиссии. К таким явлениям можно отнести электронные процессы в объеме и на поверхности материала катода (флуктуации проводимости), адсорбционно-миграционные процессы (флуктуации работы выхода электронов), а также разрушение эмиттирующей поверхности пондеромоторными силами и ионной бомбардировкой (флуктуации форм-фактора и площади эмиттирующей поверхности). Флуктуации проводимости материала катода слишком малы, чтобы вызвать какие-либо заметные изменения тока эмиссии. Сопротивление одиночного фибрильного волокна, используемого в качестве автокатодов, не превышает единиц килоом, а у других материалов еще меньше. При токе 1 мА падение напряжения на фибрильном волокне (от держателя до эмиттирующей поверхности) не превышает 1 В, а флуктуации его значительно меньше (по крайней мере, на 3 порядка). Следовательно, вызываемые ими флуктуации тока катод—анод не способны привести к наблюдаемой стабильности тока. [c.230] Спектральная плотность мощности флуктуаций меняется с частотой по закону 1//. Физическая природа флуктуаций, согласно этой модели, заключается в следующем. На поверхности АЭК в условиях высокого технического вакуума имеется пленка адатомов, которая под действием механических нагрузок со стороны электрического поля может перемещаться и, тем самым, вызывать флуктуации работы выхода. Наиболее вероятные значения работы выхода при этом лежат в пределах 4—5 эВ, т. е. флуктуации ее не более 10—15%. [c.231] Близкие оценки количества эмиттирующих центров дает другая модель взрывного шума [293]. [c.231] Обозначим флуктуацию работы выхода Фо Х(ф) т. е. [c.231] Для полиакрилонитрильного углеродного волокна после 80 мин. формовки р = 9,2-10 см , т. е. В = 3,33-10 /U. [c.231] При t/ = 1 кВ ст(/) = —13х, причем /ц = 60 мкА при U = 630 В с 1) = — 19х, а /д = 30 нА. Таким образом, адсорбционная нестабильность тока, вызванная флуктуациями работы выхода, слабо зависит от среднего тока, т. е. при изменении его более чем на три порядка уровень флуктуаций меняется в полтора раза, монотонно убывая с ростом тока. [c.232] После включения микровыступа в работу начинается его постепенное разрушение ионами и полем, т. е. ток с него должен уменьшаться со временем. Гибель микровыступа может произойти либо вследствие его постепенной усадки, либо после отрыва от катода микрокристаллита, образовавшего его. Тогда это приводит к образованию и включению в работу новых микровыступов. Такой механизм нестабильности связан с флуктуациями микроструктуры поверхности, поэтому для него можно ввести краткое название микростуктурная нестабильность . С известной долей приближения можно воспользоваться для этого механизма той же количественной моделью, что и для флуктуаций работы выхода. [c.232] Реальные флуктуации тока, вызванные изменениями работы выхода и деградацией микровыступов, естественно, отличаются от модельных, поэтому значения коэффициента а (соответственно, и Qp) для каждого из этих механизмов будут отличаться друг от друга. Поэтому изменение физических условий на поверхности, сопровождающее изменение среднего тока с катода, должно сопровождаться переходом от одних значений а к другим. Это наглядно иллюстрируется зависимостями, представленными на рис. 6.4. Поскольку графики рис. 6.4а—г относятся к одному и тому же материалу — фибрильному волокну, значения а = 0,38 для них одинаковы при больших токах, как и а = 0,7 при малых токах. Для других материалов они имеют другие значения. Таким образом, выявился ясный физический смысл графиков рис. 6.4 — они показывают, какой физический механизм вызывает нестабильность эмиссии на разных уровнях тока. При этом переходный участок количественно разграничивает области преобладания каждого из указанных двух механизмов нестабильности. [c.232] Графики, представленные на рис. 6.4, позволяют также определить значения порогового тока формовки, при достижении которого завершается выделение скелетной структуры катода и флуктуации переходят в микроструктурный режим, т. е. пороговый ток соответствует слаботочной границе области микроструктурных флуктуаций. Например, из рис. 6.4а, г можно определить пороговый ток формовки для одиночных волокон и их пучков как 1 мкА и 30 мкА соответственно. При увеличении скорости нарастания тока при формовке с 0,75 мкА/мин до 2мкА/мин пороговый ток увеличивается с 1 до 10 мкА ( рис. 6.4а—а). Подобное увеличение порогового тока при сокращении времени формовки в точке естественно, т. к. степень разрушения эмиттирующей поверхности определяется не только временем, но и значением отбираемого эмиссионного тока. [c.233] Одним из наиболее важных вопросов, связанных с исследованием флуктуаций автоэлектронного тока и практическим использованием автокатодов, является вопрос о стационарности процесса флуктуаций. [c.235] В случае его квазистационарности необходимо установить характерное время релаксации процесса г такое, чтобы при измерении статистических характеристик шума усреднение их достаточно было проводить за времена, много большие, чем х. В частности, если оценка дисперсии шума с приводит к тому, что при увеличении времени измерения t до значения х а растет, а при i х не меняется, то можно говорить о квазистационарности дисперсии со временем релаксации х. Значение при этом можно связать с физическими процессами на поверхности катода. [c.235] Вернуться к основной статье