Снижение флуктуаций электронной эмиссии металлопористого катода ламп бегущей волны тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, кандидат наук Сахаджи, Георгий Владиславович

• Сахаджи, Георгий Владиславович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Сахаджи, Георгий Владиславович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Выбор направления исследований по улучшению характеристик ЛБВ

1.1 Основные параметры и источники шумов ЛБВ

1.2 Виды источников электронов ламп бегущей волны

1.3 Конструкции и технологии изготовления металлопористого катода

1.4 Характеристики катодов

1.5 Выводы

2 Теоретические исследования физико-химических процессов в ЛБВ

2.1 Фазовые превращения в алюминатных катодах

2.1.1 Равновесное состояние

2.1.2 Неравновесное состояние

2.1.3 Эмиссионные свойства катода

2.2 Формирование газовой фазы при откачке ЛБВ

2.2.1 Модель состава газовой фазы при откачке ЛБВ

2.2.2 Потоки составляющих и компонентов

2.2.3 Условия активирования катодов и образования соединений

2.3 Травление и рост зародышей ВаО на поверхности МПК

2.4 Рост зерен оксида бария на поверхности сложных оксидов

2.5 Процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом МПК

2.6 Выводы

3 Экспериментальные исследования модифицированных катодов

3.1 Методика экспериментальных исследований

3.1.1 Методика лазерной гравировки катодов

3.1.2 Методика исследований морфологии, структуры и состава катодов

3.1.3 Методика измерений эмиссионных характеристик

3.2 Исследование режимов лазерной микрогравировки катодов

3.3 Исследование морфологии, структуры и состава образцов

3.4 Исследование эмиссионных характеристик катодов

3.4.1 Определение работы выхода

3.4.2 Определение эмиссионной способности

3.5 Выводы

4 Опытно-промышленная проверка результатов работы

4.1 Исследование характеристик опытной ЛБВ

4.2 Отработка технологии заливки подогревателей с использованием

вибрационного приспособления

Заключение

Приложение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение флуктуаций электронной эмиссии металлопористого катода ламп бегущей волны»

ВВЕДЕНИЕ

Наряду с полупроводниковыми приборами СВЧ, магнетронами, клистронами, лампы бегущей волны (ЛБВ) крепко заняли свою нишу в СВЧ электронной аппаратуре. Более 50% объема продаж всех СВЧ - ламп составляют ЛБВ.

Тенденции развития вакуумной электроники в жесткой конкуренции с

твердотельными приборами приводят к необходимости улучшения параметров

ЛБВ: увеличение мощности до 10 кВт, долговечности до 200000 часов, диапазона 12

частот до 10 Гц и более, снижение шумности на 10 дБ. Без улучшения параметров металлопористого катода (МПК) данные требования не реализуемы.

Одним из основных преимуществ ЛБВ является низкий уровень шумов, что обеспечивает их долговременную конкурентоспособность с полупроводниковыми СВЧ приборами. Вопросы увеличения мощности, токоотбора с катода, долговечности ЛБВ рассмотрены в литературе достаточно подробно, однако проблемы снижения степени неоднородности эмиссии и снижения флуктуации эмиссионного тока освещены недостаточно. В основном рассматриваются конструктивные изменения электронной пушки для частичного снижения влияния неравномерности эмиссии на параметры прибора.

Основными источниками шумов являются тепловые и структурные флуктуации эмиссии МПК, а также паразитные ионные токи и токи утечки. На неоднородность эмиссии МПК влияет множество факторов, скрывающихся как в процессах, протекающих при изготовлении приборов, так и в технологических процессах производства МПК: микроокисления, микрогидратация, неравномерное расположение открытых пор, структура эмитирующей поверхности, неоднородность температуры и работы выхода электронов с поверхности МПК. Для качественного улучшения эмиссионных характеристик катодов и параметров ЛБВ необходимо разработать новую технологию и конструкцию МПК.

Поэтому данная работа, посвященная исследованию и созданию новых способов и технологий лазерной модификации МПК, обеспечивающих улучшение эмиссионных характеристик и снижение флуктуаций тока эмиссии, является актуальной.

Цель работы: снижение флуктуаций электронной эмиссии металлопористого катода ЛБВ за счет модификации поверхности лазерной обработкой, снижения неоднородности температуры МПК и улучшения степени обезгаженности прибора.

Для достижения поставленной цели решались следующие научно-технические задачи:

1. Провести анализ причин высокой неоднородности электронной эмиссии МПК и способов снижения флуктуации эмиссионного тока, исследовать теоретические модели фазовых реакций в МПК и режимы процесса откачки.

2. Разработать режимы, технологию и оснастку для модификации эмитирующей поверхности МПК способом лазерной обработки;

3. Исследовать влияние режимов лазерной обработки МПК на флуктуацию эмиссии, геометрические характеристики и состав поверхности катода;

4. Разработать технологию изготовления и конструкцию катодно-подогревательного узла, обеспечивающую снижение степени неоднородности распределения температуры по поверхности МПК;

5. Изготовить и испытать макетные образцы МПК, изготовленные по разработанной технологии;

6. Изготовить и испытать опытный образец ЛБВ с разработанным МПК и сравнить его технологические и эксплуатационные параметры с базовыми приборами.

Методы и средства исследований.

При выполнении работы использовались методы химической термодинамики, вакуумной электроники и электроники СВЧ. Для исследования характеристик поверхности применялись методы металлографии, сканирующей

силовой (ССМ) и туннельной (СТМ) микроскопии, рентгеноструктурного анализа и лазерной эмиссионной и вторично-ионной масс-спектрометрии, а так же метод электронной микроскопии и спектроскопии. Для исследования электронной эмиссии применялись методы кривых Мирама, метод эмиссионных изображений, метод кривых Ридчарсона.

Достоверность полученных результатов результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается качественным совпадением экспериментальных и расчетных данных, получением воспроизводимых результатов при использовании различной аппаратуры и методов исследования, опытно-промышленной проверкой результатов и выводов работы.

На защиту выносятся:

1. Уменьшение неоднородности распределения плотности тока и снижение флуктуаций эмиссии МПК обеспечивается за счет снижения степени неоднородности распределения и увеличения количества открытых пор, а так же. за счет увеличения эмиссионной способности МПК после взаимодействия сфокусированного импульсного лазерного излучения высокой интенсивности с катодным диском из спрессованного и спеченного вольфрама, пропитанного алюминатом бария.

2. Режим испарения поверхности МПК при обработке твердотельным лазером с длиной волны 1,06 мкм обеспечивается при мощности импульсов 2,25...3 Вт, длительности 60 не и скважности 103 (патент №2459305).

3. При модификации МПК лазерным излучением, обеспечивающим плотность

л л

упаковки лунок 2,7-10 мм", диаметром 15±2 мкм и глубиной 18±5 мкм, достигается снижение флуктуации эмиссионного тока и уровня шума ЛЕВ на 4 ... 5 дБ за счет выравнивания эмиссионной плотности тока по всей поверхности МПК (патент №2459306).

4. Снижение неоднородности распределения температуры по поверхности МПК на 10% ... 15% обеспечивается виброуплотнением заливочного состава

подогревательного узла МПК с частотой 475 Гц ... 500 Гц и амплитудой 0,4 ... 1 мм.

Научная новизна работы заключается в развитии новых подходов для улучшения эмиссионных параметров МПК и шумовых характеристик ЛБВ с использованием методов и технологий лазерной обработки материала катода:

1. Впервые исследован процесс взаимодействия сфокусированного импульсного лазерного излучения высокой интенсивности с катодным диском из спрессованного и спеченного вольфрама, пропитанного алюминатом бария;

2. Впервые использован метод лазерной микрогравировки для формирования высокой степени однородного распределения открытых пор на эмиссионной поверхности МПК (патент №2459305);

3. Определены параметры лазерной гравировки МПК, обеспечивающие режим испарения материалов приповерхностных слоев (патент №2459306);

4. Впервые использован метод виброуплотнения на низких частотах заливочного состава при изготовлении подогревательного узла МПК.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при разработке современных и перспективных СВЧ электровакуумных приборов миллиметрового диапазона с пониженным уровнем шумов.

Конструкции электронных пушек на основе изготовленных по предложенной технологии МПК могут быть использованы в электронно-оптических системах в качестве базовых конструкций ЛБВ сантиметрового и миллиметрового диапазона и многолучевых клистронах. На способы изготовления МПК получены 3 патента.

Внедрение результатов работы. Разработанные технологии лазерной обработки МПК и виброуплотнения заливочного состава подогревательного узла внедрены в производство ОАО «НЛП «Алмаз» «НПЦ «Электронные системы». Большая часть исследований проведена при выполнении гранта в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, НК-566П/8.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на конференции с международным участием «Вакуумная Техника и технология» 2010г. (г. Санкт-Петербург); на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (МАТИ, Москва, 2008, 2009г.); на конференции с международным участием «Вакуумная Наука и Техника» 2009г. (г. Мацеста); научно-практической конференции, посвященной 55-летию ОАО «НЛП «Алмаз» «Электронные приборы и устройства СВЧ» (Саратов, 2012).

Работа удостоена серебряной медали на VI «Саратовском салоне изобретений, инноваций, инвестиций», г. 2011.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ (4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 8 статей в научных сборниках), получены 3 патента.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, проведении численных расчетов, необходимых для интерпретации полученных экспериментальных данных. Автор является исполнителем представленных экспериментальных исследований. Обсуждение полученных теоретических и экспериментальных результатов проводилось совместно с соавторами научных статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 125 наименований и приложения. Диссертация изложена на 132 листах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 5 таблиц.

1 .Выбор направления исследований по улучшению характеристик ЛБВ

В первой главе содержится аналитический обзор существующих конструкций и технологий изготовления источников электронов, обеспечивающих высокие эмиссионные параметры и низкий уровень шумов электровакуумных приборов (ЭВП). Приведены основные типы источников электронов с описанием их назначения для различных ЭВП. Особое внимание уделено металлопористым катодам (МПК), используемым в лампах бегущей и обратной волны.

1.1 Основные параметры и источники шумов ЛБВ

СВЧ - усилители, а именно лампы бегущей волны, масштабно используются в настоящее время. К основным параметрам ЛБВ обычно относят коэффициент усиления, выходную мощность, КПД, полосу пропускания, шумовые характеристики - для усилителей и выходную мощность, КПД, диапазон перестройки для генераторов.

Коэффициентом усиления называется отношение выходной мощности Рвых к входной Рвх. Обычно эту величину определяют в децибелах: Ку(р) = 10 1§(Рвых/Рвх).

Ширина полосы пропускания определяется добротностью резонаторов для резонансных усилителей и полосой пропускания замедляющей системы, согласованной с внешними линиями передачи для нерезонансных усилителей. Обычно ширина полосы пропускания измеряется по уровню половинного значения выходной мощности от максимального значения в полосе пропускания. Она может быть указана также в процентах, т.е. ДШсР-100%, где ^р - средняя частота полосы пропускания.

Коэффициент полезного действия определяется как отношение выходной мощности к суммарной потребляемой мощности Ро (включая мощность накала катода): Г) = РВЫх/Ро- Часто используется также понятие электронного КПД тр ,

равного отношению мощности, отдаваемой электронным пучком полю СВЧ, к мощности источника питания прибора.

Коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение мощностей сигнала и шума на входе усилителя меньше этого же отношения на его выходе, т.е.: Кш = (Рш/Рш.вх)/(Рвых/Рш.вых). Для характеристики шумов используют также понятие шумовой температуры Тш: Кш = 1 + Тш/290 , Тш = 290(КШ - 1).

Требования к выше перечисленным параметрам постоянно растут, в обеспечении которых главную роль играет источник электронов. Коэффициент усиления зависит от максимальной плотности токоотбора с катода в режиме ограничения пространственным зарядом для ЛБВ, коэффициент полезного действия зависит от мощности накала и от мощностей, выделяемых на электродах лампы не задействованными в пространственном взаимодействии электронами. Долговечность целиком зависит от долговечности самого источника электронов, от запаса активного вещества, надежности подогревателя, необходимой температуры эмиттера, устойчивости катода к «отравляющим» факторам. Так же как и долговечность, коэффициент шума особенно зависит от параметров катода.

В соответствии с результатами работы [1] собственные шумы ЛБВ делятся на 6 типов: шумы электронной эмиссии; добавочные шумы, вызванные дефектами эмиссии; тепловые шумы; добавочные шумы, вызванные дефектами формирования и фокусировки луча; шумы вторичной эмиссии; шумы вызванные колебаниями ионов.

Шумы электронной эмиссии (дробовой шум) возникают в пучке из-за флуктуации эмиссионного тока и разброса скоростей электронов. Процесс эмиссии электронов несет случайных характер не только во времени, но и в пространстве по поверхности катода. Из-за этого минимум потенциала, создаваемый электронами, также флуктуирует со временем. Дополнительное понижение потенциала увеличивает количество отраженных электронов, уменьшая, таким образом, количество электронов, преодолевших потенциальную яму [2].

Добавочные- шумы, вызванные дефектами эмиссии, возникают из-за непостоянства тока эмиссии и начальных скоростей электронов, что приводит к увеличению уровня шумов, связанных с флуктуациями тока и скорости электронов. Экспериментальные исследования [3] показывают, что распределение скорости электронов, эмитируемых катодом, близко к максвелловскому лишь при очень малых токах эмиссии. При увеличении тока разброс вектора скоростей увеличивается. Основными причиним этого явления следует считать неэквипотенциальность эмитирующих зерен, обусловленную поперченным падением напряжения по поверхности катода, и эмиссию из глубины пористого покрытия. Поверхность современных термокатодов далеко не идеальна и имеет сложный рельеф. У эмиттера поверхность покрыта порами, а также выступающими агломератами микрокристаллов. Микрорельеф катода приводит к увеличению эффективной площади эмиссии, влияет на распределение скоростей электронов и т.д.

Тепловые шумы появляются вследствие хаотического, теплового движения электронов в проводнике. В результате на его концах образуется разность потенциалов, которая носит случайный характер. Вклад данного источника шума в фактор шума не зависит от типа электронной пушки и характера взаимодействия ВЧ поля с электронным потоком и определяется, главным образов, сопротивлением замедляющей системы.

Вторично эмиссионные шумы могу вызываться вторичными электронами, вызываемыми первичными электронами, попадающими на электроды ЛБВ. Ток вторичной эмиссии хаотичен, а соответствующая ему шумовая температура примерно на два порядка выше температуры шумов первичного пучка. Вторичные электроны могут двигаться в синхронизме с обратными гармониками. Такое взаимодействие электронов с замедляющей линией может увеличить уровень шумов.

Шумы, вызванные колебаниями ионов, имеют источник ввиде плазменных колебаний ионнов в электронных пучках. Частота этих колебаний в сотни раз меньше рабочей частоты усилителя, так что непосредственно данный механизм не

может привести к возникновению ВЧ шумов. Однако, если ионные колебания настолько сильны, чтобы могут промоделировать усиливаемый сигнал ЛБВ, то от относительного входного сигнала возникнут шумы на боковой полосе частот. Эти шумы могут ухудшать качество передаваемой информации [4, 5, 6, 7, 8].

В реальных электронных приборах наблюдаются медленные изменения эмиссионной способности катода, что обусловлено испарением атомов активного вещества катода, диффузии их на поверхность, бомбардировкой поверхности катода ионами, структурными изменениями поверхности катода. Частота фликкер-шумы значительно ниже частоты дробового и лежит в области <100 Гц. При работе прибора в режиме ограничением пространственного заряда, фликкер-шумы частично снижаются.

Наиболее значительные шумы в ЛБВ обычно создаются катодом (дробовые и фликкер). Предполагается, что минимальный коэффициент шума для ЛБВ составляет ~ 6-7 дБ. Коэффициент шума в обычных ЛБВ достигает 30-40 дБ [9].

Существует несколько других источников шумов в ЛБВ. Перечислим некоторые из них:

1. Для управления током в электронной пушке обычно используется одна или несколько сеток. При этом происходит перехват эмитируемого тока, что увеличивает шумы. Кроме того, искривление полей около сеток добавляет электронам поперечные компоненты скоростей.

2. Пульсации, возникающие из-за плохой фильтрации питающих напряжений, могут привести к ВЧ-модуляции на частотах питания и их гармониках. Модуляционные шумы на поверхности катода могут возникать из-за действия магнитного поля, возникающего от переменного тока нити накала.

3. Нарушения изоляции могут привести к пробою, коронному или частичному разряду, которые, в свою очередь, создают флуктуации напряжения и модуляцию высокочастотного сигнала.

«Газовый шум» может появляться из-за плохого вакуума. Ионы могут быть причиной колебаний, сжатия пучка, уменьшения выходной мощности, фазовых

сдвигов и фазовых шумов и снижения активности катода (что, в свою очередь, приводит к неоднородностям эмиссии и повышению фликкер- и дробового шума).

1.2 Виды источников электронов ламп бегущей волны

На практике используются три вида катодов: термоэмиссионный, вторично-эмиссионный и автоэмиссионный. В катодах для ламп бегущей волны чаще используется термоэмиссионный катод, поэтому термокатоды будут главным предметом обсуждения в данной работе.

Предполагается, что идеальный источник электронов должен обладать рядом свойств [10]:

1. Свободно эмитировать электроны, без всякого рода нагреваний или бомбардировки (электроны должны перемещаться из него в вакуум так же легко, как они переходят из одного металла в другой).

2. Эмитировать обильно, обеспечивая неограниченную плотность тока.

3. Электронная эмиссия его должна продолжаться так долго, как это необходимо:

4. Эмитировать электроны равномерно, с практически нулевыми начальными скоростями.

Разумеется, реальные катоды совсем не обладают этими идеальными характеристиками. Основная плотность тока составляет не более чем несколько

Л

десятков А/см , для получения которой эмиттер МПК необходимо нагреть до температуры ~ 1100 °С. В связи с необходимостью высокой рабочей температуры некоторые ключевые составляющие катода испаряются, что ведет к их истощению и, в конце концов, к окончанию срока службы катода.

В реальных катодах имеют место случайные микроскопические флуктуации скоростей, с которыми эмитируются электроны. В связи с этим имеются, по крайней мере, две важные причины того, почему идеальный катод «должен эмитировать электроны равномерно, с практически нулевыми скоростями» [11]: 1. Флуктуации электронной эмиссии и вариации скоростей эмитируемых электронов приводят к шумовым токам в электронном пучке, которые, в свою очередь, порождают шум в выходном сигнале [12, 13].

2. Вариации скоростей эмитируемых электронов и направлений, с которыми они покидают поверхность катода, приводят к проблемам фокусировки электронов в полностью ограниченный пучок и снижает его ламинарности. Возникает сложность с юстировкой прибора, возрастает зависимость токооседания на замедляющей системе от режима работы прибора, температуры катода. Что является проблема для очень маленьких пучков большой плотности.

Поскольку реальные катоды не обладают характеристиками, которые должен иметь идеальный катод, существует необходимость работы в приближении их характеристик к тем, которые Пирс назвал идеальными. Прогресс в катодной технике в значительной степени обусловлен появлением современных аналитических методов и технологических процессов, сделавших возможным лучшее понимание физических и химических свойств эмитирующих поверхностей [14, 15].

Теория термоэмиссии развивается и позволяет достаточно точно предсказать максимальную эмиссию, которую можно ожидать с катода при данной температуре, в отсутствие полевых эффектов, если известна работа выхода. Известным фактом является улучшение термоэмиссии при помощи электрического поля, приложенного к поверхности катода (эффект Шоттки). Очень важную роль при использовании термокатодов в ЛБВ играет регулирующее эмиссию влияние электронного облака, расположенного вблизи поверхности катода (ограничение эмиссии пространственным зарядом) [16].

Для поддержания режима ограничения эмиссии пространственным зарядом работа выхода катода должна оставаться достаточно низкой, чтобы достаточная эмиссия получалась при данной температуре в течение всего срока службы катода. Работа выхода сильно зависит от материала катода и от состояния его поверхности [17, 18].

Первые металлические термокатоды были использованы в ранних радиоприборах. Они изготавливались из чистого вольфрама, хотя были известны и другие катодные материалы, способные обеспечить достаточную эмиссию при

более низких .температурах, чем вольфрам. Из-за большой работы выхода вольфрама (-4.6 эВ) рабочая температура получалась достаточно высокой. Например, температура 2200 °С обеспечивала эмиссию около 0,3 А/см . Вольфрам применялся в ранних приборах из-за его стойкости [19].

В случае некоторых применений в вольфрам добавляли небольшой процент тория. Торий диффундировал на поверхности зерен вольфрама и уменьшал работу выхода, позволяя использовать более низкую рабочую температуру. Торированные вольфрамовые (Т1^) катоды использовались в высокомощных переключателях, в передающих лампах и в магнетронах для СВЧ-печей. Поверхность катодов карбидируют, чтобы уменьшить скорость испарения тория [20].

Все первые катоды были прямонакальными, сам катод являлся подогревателем. Под действием тока накала возникало изменение напряжения вдоль поверхности катода. Из-за того, что напряжение на нити накала было постоянным, отсутствовала возможность модуляции тока эмиссии..

Развитие радиоустройств переменного тока и необходимость нагрева нитей накала переменным током наложили требование на катод: необходимо, чтобы вся поверхность катода была под одним и тем же потенциалом [21]. В результате возник катод косвенного накала (подогреваемый катод), подогреватель в котором отделен от эмитирующей электроны поверхности.

В катодах косвенного накала в качестве материала нити используется вольфрам. Из-за тепловых потерь и относительно большой площади поверхности катода, для обеспечения необходимого эмиссионного тока, температура подогревателя была намного больше температуры эмиттера, что приводило к быстрому перегоранию [22, 23, 24].

Оксидный катод, изобретенный Венельтом в 1904 году, задолго до радиоприборов, стал решением этой проблемы благодаря его низкой рабочей температуры из-за очень низкой работы выхода (~1,5 эВ). Оксидные катоды вполне удовлетворяли требованиям промышленности, начиная с 1920-х годов, во Вторую мировую войну и до ранних 1950-х годов. Они всё еще превалируют

сегодня в приборах, требующих относительно умеренной катодной эмиссии и большого срока службы катода [25, 26,27,28, 29].

По мере того как совершенствовались оксидные катоды, эмиссия постоянного тока возросла с мА/см до сотен мА/см . Плотности импульсной эмиссии зависят от длины импульса и могут достигать десятков А/см . Оксидные катоды неспособны обеспечить достижение высоких плотностей эмиссии постоянного тока из-за большого сопротивления покрытия и вытекающего отсюда резистивного разогрева, возникающего при больших токах.

Поиск лучших катодов, чем оксидные, вызван их низкой эмиссией постоянного тока и восприимчивостью к повреждениям. L-катод был разработан примерно в 1950 году. В этом катоде эмиссионный материал размещён между подогревателем и таблеткой пористого вольфрама. В процессе работы эмиссионный материал диффундирует через пористый вольфрам и создает низкую работу выхода у эмиссионной поверхности [30].

Такие катоды относятся к камерным катодам, поскольку используется камера для эмиссионного материала. Недостатками первых L-катодов были: просачивание пара бария между вольфрамом и молибденом; непостоянство температуры на катодной поверхности из-за плохой передачи тепла через полость, содержащую эмиссионную смесь; трудности с обезгаживанием и активацией. Эти проблемы были преодолены в МК-катодах, резервуарные или пористые, с контролируемой пористостью (controlled porosity dispenser) CPD -катоды.

В качестве эмиссионного вещества обычно используется смесь ВаО, СаО и AI2O3, а также частицы вольфрама - как считалось восстановителя, высвобождающего барий из ВаО. Вместо эмитирующей поверхности из пористого вольфрама, содержащейся в L- и МК-, CPD- катодах, используется тонкая пластина из вольфрама или сплава, в которой поры вытравливались. CPD-подход к конструкции катода создает преимущества, состоящие в улучшении однородности эмиссии, воспроизводимости и совершенствовании характеристик.

Однако в настоящее время трудности в производстве СРВ-катодов, особенно вогнутых катодов, ограничивают их применение.

С 1950 по 1955 год произошла эволюция импрегнированного пористого катода. Катод В-типа, улучшенный Леви в 1953 г., используется при промышленном производстве СВЧ-приборов. Поры таблетки из пористого вольфрама стали пропитывать соединением ВаО, СаО и А^Оз. Как считалось, барий высвобождается в процессе реакции между вольфрамом и пропиткой, затем мигрирует к поверхности пористого вольфрама, образуя эмитирующую поверхность. Наиболее распространенная смесь, использующаяся в катодах В-типа, состоит из пяти частей ВаО, трёх частей СаО и двух частей А^Оз и часто записывается как находящаяся в соотношении 5:3:2. Другая смесь находится в соотношении 4:1:1, и когда она используется, катод относится к так называемым катодам 8-типа [31].

Катоды В- и 8-типа прочные, относительно невосприимчеивы к повреждениям и могут легко обеспечить плотность эмиссионного тока в несколько А/см . При таких больших плотностях тока эмиссии рабочая температура должна составлять 1100°С или больше из-за относительно высоких значений работы выхода у этих катодов. Поэтому их срок службы ограничен несколькими тысячами часов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сахаджи, Георгий Владиславович, 2013 год

Список литературы

1. Шумы в электронных приборах / Под редакцией Смуллина Л.Д., Хауса Г.А. М.: Энергия, 1964г.

2. R.W. Peter, "Low-noise travelling-wave tubes", chapter in Noise in Electron Devices, published jointly by The Technology Press of MIT and John Wiley & Sons, Inc. New York, 1959

3. Голубенцев А.Ф., Минкин Л.М. Шумы и флуктуации в электронных потоках. Ч. 2. Изд-во Сарат. Ун-та. 1982г.

4 . Стародубов В.И., Калини Ю.А. // Многоскоростной электронный пучок как источник сверхвысокочастотных колебаний в коллекторной области лампы бегущей волны. М.: Журнал технической физики, 2013, том 83, вып. 10

5. How to evaluate TWTs//MSN. 1985. V. 15. N 6. P. 81

6. Бунимович Б.Ф., Шараевский Ю.П. // РЭ. 1984. Т. 29 N 3. С. 527

7. Волков В.А., Ильин Е.М., Кац A.M. // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. 1972. Вып. 7 С. 111.

8. Розанов А.В., Штыров А.И., Ярцева Т.С. // РЭ. 1984. т. 29 N 3. С. 516.

9. С. Cutler and C.F. Quate, "Experimental verification of space charge and transit time reduction of noise in electron beams", Phys. Rev., vol. 80, no. 5, December 1950, pp. 875-878

10. J.J. Coupling, a pseudonym of J.R. Pierce, Science Fiction, November, 1964, a Street and Smith publication

11. Richard E. Thomas, John W. Gibson, George A. Haas and R.H. Abrams, Jr., "Thermionic sources for high-brightness electron beams", IEEE Trans. On Electron Devices, vol. 37, no.3, March 1990, pp. 850-861

12. G. Herman and P.S. Wagener, The Oxide-Coated Cathode, London: Chapman and Hall, 1951

13. R.L. Sproull, Modern Physics, New York: John Wiley and Sons, 1956

14. J.L. Cronin, "Modern dispensr cathodes", IEE Proc. vol. 128, pt. 1, no.l, Feb. 1981, pp. 19-32

15. C.L. Hemenway, R.W. Henry, and M. Caulton, Physical Electronics, New York: John Wiley and Sons, 1967

16. Кукин C.A., Короновский АЛЛ ЖТФ, 2013, том 83, вып. 10, с. 98-107

17. М.С. Green, "Dispenser cathode physics", Final Technical Report, RADC-TR-81-211, July 1981

18. M.C. Green, "Dispenser cathode design", Final Technical Report, RADC-TR-83-99, May 1983

19. R.A. Tuck, H.B. Skinner, T.M. Gardiner and P.J. Wadsworth, "Surface studies of dispenser cathodes using surface extended absorption fine structure", Tri-Service Cathode Workshop, 1986

20. Thomas J. Grant, "Emission degradation characteristics of coated dispenser catodes", Technical Digest, 1986 International Electron Devices Meeting, pp. 700-703

21. T.J. Grant, "A powerful quality assurance technique for dispenser cathodes anelectron guns", Technical Digest, 1984 International Electron Devices Meeting, pp. 334-337

22. R.T. Longo, "Long life, high current density cathodes", Technical Digest, 1978 International Electron Devices Meeting, pp. 152-158

23. R.T. Longo, "A study of thermionic emitters in the regime of practical operation", Technical Digest, 1980 International Electron Devices Meeting, pp. 467-470

24. R.T. Longo, E.A. Adler and L.R. Falce, "Dispenser cathode life prediction model", Technical Digest, 1984 International Electron Devices Meeting, pp. 318-321

25. A.M. Shroff and G. Firmain. "Long-life travelling-wave tubes. Use of M-type cathode. Life prediction model", Technical Digest, 1985 International Electron Devices Meeting, pp. 346-349

26. Мойжес Б.Я. Физические процессы в оксидном катоде / Б.Я. Мойжейс. М.: Наука, 1968.-480 с.

27. Князев А. Я. Связь работы выхода оксидного катода с ее температурным коэффициентом//Электронная техника. Сер. I, Электроника СВЧ. - 1988. -Вып. 6(410).-С. 29-31.

28. В.Н. Дудкин, А.Б. Кисилев, В. Г. Ворожейкин. ИЗВ. АН СССР, серия физ., 38. №2, 402, 1974г.

29. Rodney Vaughan, "A synthesis of the Longo and Eng cathode emission models", IEEE Trans, on Electron Devices, vol. ED-33, no.ll, November 1986, pp. 1925-1927

30. George Miram, Michael Green and Mark Catellino, "Gridded gun design considerations for pulse and CW applications", presented at Vacuum Electronics and Display Conference, Garmisch Partenkirchen, Austria, May 9, 1989

31. W. Müller, "Theoretical study of cathode surface", Final Technical Report, NASA CR-182166, July 1988

32. W. Müller; "Computational modeling of dispenser cathode emission properties", Technical Digest, 1991 International Electron Devices Meeting, Dec. 1991, pp. 399-402

33. W. Müller, "Mechanism of emission enhancement in barium dispenser cathodes", Proc. 1992 Tri-Service/NASA Cathode Workshop, Greenbelt, MD, March 17-19, 1992

34. A.T. Raczinski, "TWT principles", Notes from TWT training course presented at NSWC, Crane, IN, March-May, 1982

35. G.A. Haas, R.E. Thomas, Christie R.K. Marrian and Arnold Shih, "Rapid turn-on of shelf-stored tubes: An update", IEEE Trans, on Electron Devices, vol. ED-38, no. 10, October 1991, pp. 2244-2251

36. Астрелии В.Т. Электричество и магнетизм. Физические явления в вакуумном диоде / В.Т. Астрелин, П.П. Дейчули - М.: Новосибирский государственный университет, 2008. - 53 с.

37. Кикоин И.К. Справочник таблицы физических величин/ И.К. Кикоин. М.: Атомиздат, 1986. -1008 с.

38. Патент № 2064204 Российская Федерация, МПК H01J9/04, Способ изготовления металлопористого катода. Резнев В.А., Гурков Ю.В., Киселев А.Б.

39. Патент № 2172997 Российская Федерация, МПК H01J1/15, H01J9/04,

Металлопористый катод и способ его изготовления. Крылов A.B., Смирнов В.А.

40. Патент № 2285973 Российская Федерация, МПК H01J1/22, H01J9/02, Металлопористый катод. Резнев В.А., Резнева Т.Г.

41. Патент № 2338291 Российская Федерация, МПК H01J9/04, Способ изготовления металлопористого катода. Резнев В.А., Резнева Т.Г

42. Пат. 2333565 Российская Федерация, МПК H01J9/04, Способ изготовления

металлопористого катода. Резнев В.А., Резнева Т.Г..

43. Патент 2297068 Российская Федерация, МПК H01J9/04, Способ изготовления металлопористых катодов из вольфрамового порошка. Усанов Д.А., Мельникова И.П..

44. Авторское свидетельство SU на изобретение №507902

45. Авторское свидетельство SU на изобретение №679001, патент RU на изобретение №1771329

46. Патенты RU на изобретения №2004027, 2078389

47. Патент RU на изобретение №2074445

48. О.Ю. Масленников, А.Б. Ушаков «Эффективные термокатоды (конструкции и технологии)», ч.2. Учебное пособие. - МФТИ, 2003. - 129 с. ISBN5-7417-0208-2.

49. Ли И.П., Рухляда Н.Я. Создание поверхностных структур с заданными свойствами с помощью концентрированных потоков частиц// Физика и химия обработки материалов. 2005. №1

50. «Катоды с регулируемой пористостью». Новости СВЧ-техники, 2006, №94 С. 16-20

51. Кудинцева Г.А., Мельников А.И., Морозов A.B., Мельников А.И. Термоэлектронные катоды. Изд.«Энергия», М., 1966

52. Евстигнеев С.И., Ткаченко A.A. Катоды и подогреватели электровакуумных приборов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высш. школа», 1975.

53. Левинский Ю.В. Диаграммы состояния двойных металлических систем / М. Хансен. К. Андерко. - М.: Металлургия, 1990. -400с.

54. Киселев А.Б. Металлооксидные катоды электронных приборов / А.Б. Киселёв. М.: МФТИ, 2002. -240 с.

55. В.И. Коновалов, Г.И. Чурюмов. Исследование характеристик и параметров металлосплавного катода, работающего в ЛБВ средней мощности с малыми шумами/ Прикладная радиоэлектроника, 2011 , том 10, № 1

56. Жеребцов И.П. Основы электроники / И.П. Жеребцов. - М.: Энергия, 1967. -416 с.

57. Зоркин А.Я. Откачка электронных приборов: учеб. пособие / А.Я. Зоркин, Г.В. Конюшков. Саратов: Сарат. Гос. Техн. Ун-т, 2006. 284с.

58. Ворожейкин В.Г., Набоков Ю.И., Козлов В.И., Андреев A.A. Устойчивость к отравлению металлопористых катодов // Электронная техника. - 1975г.

59. Киселев А.Б. Металлооксидные катоды электронных приборов / А.Б. Киселёв. М.: МФТИ, 2002. -240 с.

60. Лютова В.И. Тараш И.Л. Электронная техника, серия 1 «Электроника СВЧ», 5, 109, 1967

61. Сахаджи Г.В. Катодно-сеточные узлы / A.C. Белов, Г.В. Сахаджи, Ж.Н.Бабанов и др. // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2010. - №4(49). - С. 161-165.

62. Гудков Ю.В., Дружинин A.B. Эмиссионные параметры осмированного пропитанного металлопористого термокатода. ИЗВ. А.Н, СССР. Серия физ. Т.43 №9 с 1850-1854, 1972г.

63. Дружинин A.B., Мельников В.И., Некрасов В.И. Радиотехника и электроника, 12, 5, 1967.

64. Дружинин A.B., Мельников В.И., Некрасов В.И. Радиотехника и электроника, 12, 5, 1967.

65. Берлин Е.В., Двинин С.А., Сейдман Л.А. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок. Москва: Техносфера, 2007.

66. Г.В. Сахаджи, А.Я. Зоркин «Осмирование импрегнированных катодов и ионно-плазменные методы модификации их поверхностей». «МАТИ» - РГТУ

им. К.Э. Циолковского: сб. трудов М.: МАТИ, 2009, стр. 173-178 ISBN 978-593271-516-1

67. Козлов В.И., Осипов В.А., Андреев A.A. Специальная электроника, серия 1 «Электроника СВЧ», 4, 118, 1973.

68. Ашкинази JI.A. Материалы электронных эмиттеров часть 2 / JI.A. Ашкинази. - М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2007. - 68 с.

69. Дружинин A.B. Распределенные термокатоды с пленками металлов. Элеткронная техника. Сер I. 1975г. №12, с. 78

70. Бродский A.B., Теория электронной эмиссии металлов / A.B. Бродский, С.К. Гуревич. - М.: Высшая школа, 1975. - 528 с.

71. Масленников О.Ю. Ионная бомбардировка и ресурс металлопористых катодов. // Труды международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения». Новосибирск. 1992г.

72. Румер Ю.Б. Термодинамика, статистическая физика и кинетика / Ю.Б. Румер. М., Наука, 1977.-452 с.

73. Агеев В.Н., Кузнецов Ю.А. Потехина Н.Д. Элеткронно-стимулированная десорбция атомов редкоземельных металлов // Физика твердого тела. 2004. Т. 46, вып. 5.-С. 945.

74. Б.Ч. Дюбуа, А.Г. Михальченков, О.В. Поливникова, М.П. Тимирязева «Влияние структуры поверхности металлопористых катодов на их эмиссионные свойства». Электронная техника, сер.1, СВЧ-техника, вып.1 (504), 2010, стр.25-34.

75. Б.Ч. Дюбуа, O.K. Култашев, О.В. Поливникова «Эмиссионная электроника, нанотехнология, синергетика». Электроннаятехника, сер.1, СВЧ-техника, вып.4 (497), 2008.

76. Ашкинази JI.A. Материалы электронных эмиттеров часть 1 / JI.A. Ашкинази, B.C. Петров. - М.: Московский государственный институт электроники и математики, 1997. - 68 с.

77. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. М.: Мир, 2002. -461 с.

78. Сахаджи Г.В. Механизм эмиссии импрегнированных катодов / А .Я. Зоркин, Г.В. Сахаджи, Н.В. Коновалов, Г.В. Сахаджи // Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2010: материалы Международной научно-технической конференции. - Саратов, 2010. - С. 479-484.

79. Кузнецов В.И., Эндер А .Я.// ЖТФ, 2013, том 83, вып. 10 с. 1-10

80. Смитлз К. Дж. Металлы. М.: Металлургия, 1980. - 447 с.

81. Патент РФ № 2079922 «Способ изготовления термокатода для электронного прибора и состав для изготовления катода» Мельникова И. П., Козлов В. И., Усанов Д. А.

82. Авторское свидетельство СССР № 476835 « Способ изготовления металлопористого катода» Козлов В. И., Андреев А. А., Осипов А. А.

83. Авторское свидетельство СССР № 461463 «Металлопористый катод» Козлов В. И. Андреев А. А., Осипов В.А.

84. Ж. И. Бабанов, В. И. Козлов, В. Е. Андреев, А. А. Андреев « К вопросу о подавлении термоэмиссии с сеток электровакуумных приборов.// «Электронная техника». Материалы, 1980, выпуск 8(145) с. 14-17.

85. В.Г. Ворожейкин, Ю.И. Набоков, В.И. Козлов, A.A. Андреев устойчивость к отравлению металлопористых катодов. Электронная техника серия 1 выпуск 11 1975г.

86. М.С. Grenn, Technical Report RADC=TR-81-211, July 1981

87. A.B. Конюшин, Т.Н. Соколова, ЕЛ. Сурменко «Лазерные технологии и современное оборудование при изготовлении многоострийных автоэмиссионных катодов из монолитного стеклоуглерода для вакуумных СВЧ-приборов». Вакуумная наука и техника. Материалы XIV научно-технической конференции. /МИЕМ. -М. 2007. -С268-271.

88. R.C. Treseder, T.J. Grant, G,V, Miram, "Design of quick start, high current density electron guns", Technical Record, 1983 International Electron Devices Meeting, pp. 453-455

89. M.J. Cattelino, G.V. Miram and Bernard Smith, "Fast- and super-fast-warm-up cathodes using novel APG/APBN heaters", IEEE Trans, on Electron Devices, vol. ED-38, no. 10, October 1991, pp. 2239-2243

90. A.S. Gilmour, Jr., "Effect of filament magnetic field on the electron beam from a Pierce gun", Proc. IRE, vol. 49, 1961, p. 976

91. Зоркин А.Я. Изменение нестехиометрии и работы выхода оксида бария при активировании оксидного катода в процессе откачки ЭВП / А.Я. Зоркин, С.В. Семенов, В.Г. Прокофьев // Вакуумная наука и техника: Материалы 6-ой международной научно-технической конференции /М.: МГИЭМ, 2000. С. 30 -35.

92. A.S. Gilmour, Jr., and D. Hallock, "A demountable beam analyzer for studying magnetically confined electron beams", Advances in Electron Tube Techniques, vol. 2, pp. 153-157, New York: Pergammon Press, 1963

93. A.S. Gilmour, Jr., "Effect of filament magnetic field on the electron beam from a Pierce gun", Proc. IRE, vol. 49, 1961, p. 976

94. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы / В.Ф. Власов. - М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1960. -726 с.

95. Добрецов JI.H. Эмиссионная электроника / JI.H. Добрецов, М.В. Гамаюнова. - М.: Высшая школа, 1966. - 612 с.

96. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. М.: Мир, 1978. -780 с.

97. Сангвал К. Травление кристаллов. М.: Мир, 1990.- 492 с.

98. Зоркин А.Я., Конюшков Г.В. Откачка электронных приборов. Саратов, СГТУ, 2006.- 280 с.

99. Сахаджи Г.В. Механизм эмиссии импрегнированных катодов / А.Я. Зоркин,

Г.В. Сахаджи, Н.В. Коновалов, Г.В. Сахаджи // Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2010: материалы Международной научно-технической конференции. - Саратов, 2010. - С. 479-484.

100. Бочаров Г.С., Елецкий А.В. // ЖТФ, 2013, том 83, вып. 10. С. 122-127

101. В.Г. Ворожейкин, Ю.И. Набоков, В.Н. Дудкин, В.И. Козлов Выбор режимов обработки ЭВП в процессе их откачки и тренировки Электронная техника серия 1 выпуск 10 1979г.

102. Козлов В.И. Технология и свойства металлопористых катодов для СВЧ приборов: Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. - М.: ЦНИИ «Электроника», 1980. - Вып.6. - 65 с.

103. Пригожин И. Современная термодинамика / И. Пригожин, Д. Кондепуди. М.: Мир, 2002. 461 с.

104. Зоркин А. Я. Откачка электронных приборов / А. Я. Зоркин, Г. В. Конюшков. Саратов: СГТУ, 2006. 287 с.

105. Сахаджи Г.В. Особенности взаимосвязи фазовых превращений и эмиссии алюминатных катодов электровакуумных приборов 4.1 / А.Я. Зоркин, Г.В. Сахаджи, C.B. Семенов и др. // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2010. - №4(49). - С. 165-170.

106. Сангвал К. Травление кристаллов. Теория, эксперимент, применение. М.: Мир, 1990.-492 с.

107. Лазеры в технологии / Под ред. Стельмаха М.Ф. - М.: Энергия, 1975. - 216 с.

108. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения: пер. с англ/ под ред. AHHCHMOBà С.И. - М.: Мир, 1974. - 468 с.

109. Обзоры по электронной технике [Текст] / ЦНИИ "Электроника". - М. : [б. и.]. Вып. 1(1161): Лазерная размерная обработка материалов, применяемых в электронной технике : по дан.отеч.и зарубеж.печати за 1986 г., ч. 1 : Обработка металлов / Т.Н.Соколова, Л.А.Сурменко. - 1986. - 71 с.

110. Вивер, Л.А Применение лазеров для размерной обработки и сварки / Л.А Вивер // Применение лазеров: Сборник научных трудов. - М.: Мир, 1974. - С. 304.

111. Топорец, A.C. Шероховатость поверхностей / А.С Топорец // Оптико-механическая промышленность. - 1979. - №1. - С. 34-36.

112. Емельянов, В.И. Влияние коллективных эффектов на резонанс локального поля при воздействии излучения с шероховатой поверхностью твердого тела

/ В.И. Емельянов, Е.М. Земсков, В.Н. Семиногов // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1984. - №2. - С. 38-42.

113. Бегунов, Б.Н. Теория оптических систем / Б.Н. Бегунов, Н.П. Заказнов. - М.: Машиностроение, 1973. -383 с.

114. Структура, фазовый состав и свойства алюмооксидной керамики в зоне действия лазерного луча/А.В. Красников, Т.Н. Соколова, Л.И. Миркин и др.// Изв. АН СССР: сер. Неорганические материалы. - 1987. - №2. - С. 2069-2073.

115. Spirev, M.- Temperature depedance of absortance in laser damage of metallic mirrors / M. Spirev, E. Loh //J. Appl. Opt. Soc. Amer. - 1979. - Vol.69. - P.847 -858.

116. Климков, B.B. Основы расчёта оптико-электронных приборов с лазерами /

B.В. Климков. - М.: Советское радио, 1978. - 264 с.

117. Femtosecond laser pulse irradiation of solid targets as a general route to nanoparticle formation in a vacuum/ S. Amoruso, et al. // Phys. Rev. B. - 2005. -№71, 033406 (4 pages)

118. Т.Н. Соколова, Взаимодействие лазерного излучения пико-фемтосекундного диапазона с конденсированными средами // Учебное пособие., 2013 г. С. - 23.

119. Соколова Т.Н., Лазерная прецизионная обработка хрупких диэлектриков / Т.Н. Соколова, A.B. Конюшин // Ритм. - 2013. - № 4(82). - С. 100-102.

120. Обзоры по электронной технике [Текст] / ЦНИИ "Электроника". - М. : [б. и.]. Вып. 11(1162): Лазерная размерная обработка материалов, применяемых в электронной технике : по дан.отеч.и зарубеж.печати за 1987 г., ч. 2 : Обработка металлов / Т.Н.Соколова, Л.А.Сурменко. - 1987. - 72 с.

121. Klopping, Yvonne Lumera Laser Earns Finalist Slot for Innovation Award. / Yvonne Klopping // European Medical Device Technology EMDT. - November 1, 2008.- P. 20-25

122. Сравнительное исследование абляции материалов фемтосекундными и пико/наносекундными лазерными импульсами / Т.В. Кононенко, В.И. Конов,

C.B. Гарнов и др.// Квантовая электроника. - 1999. - №28(8). - С. 167-172.

123. Кривцун, И.В. Сравнительный анализ моделей конвективного испарения металла при лазерной обработке/ И.В. Кривцун, И.Л. Семенов, В.Ф. Демченко // Beam Technologies & Laser Application. Proceedings of the VI international conference. - СПб.: 2009, С. 18-24.

124. Сахаджи Г.В., Конюшин A.B., Одинцова Ю.А., Попов И.А. Патент РФ № 2459306 на изобретение «Способ обработки эмитирующей поверхности металлопористого катода». Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20.08.2012г. Заявка №2011109671. Приоритет изобретения 16.03.2011г.

125. Сахаджи Г.В. Лазерные технологии при формировании эмиссионной структуры металлопористого катода / Г.В. Сахаджи // Вакуумная наука и техника: материалы конференции 2010 г. - С.334-336.