Создание микроострийных автоэмиссионных структур для приборов вакуумной электроники с применением комплекса лазерных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, кандидат наук Бессонов Дмитрий Александрович

• Бессонов Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Бессонов Дмитрий Александрович

Введение

1.Аналитический обзор технологий по созданию автоэмиссионных катодов и катодно-сеточных узлов на их основе

1.1. Достоинства автоэмиссионных катодов в сравнении с термоэмиссионными катодами

1.2. Обзор и анализ методов формирования микроструктур автоэмиссионных катодов

1.2.1. Матричные автоэмиссионные катоды с автоэмиттерами из молибдена (катоды Спиндта)

1.2.2. Матричные катоды с автоэмиттерами из кремния

1.2.3. Автоэмиссионные катоды с наноразмерными эмиттерами

1.2.4. Автоэмиссионные катоды с автоэмиттерами из углеродных волокон

1.2.5. Автоэмиттеры из стеклоуглерода

1.3. Свойства стеклоуглерода

Выводы по главе

2. Моделирование физико-механических процессов в материалах при воздействии ультракоротких импульсов лазерного излучения с высокой плотностью энергии

2.1. Обоснование целесообразности применения ультракороткого импульсного лазерного излучения в производстве миниатюрных автоэмиссионных эмитирующих структур

2.2. Исследование особенностей прецизионной обработки материалов

ультракоротким импульсным лазерным излучением

2.3 Моделирование физико-механических—процессов, генерируемых в хрупких материалах при воздействии ультракороткого импульсного лазерного излучения

2.4. Моделирование физико - механических процессов в твердых материалах при воздействии подвижного ультракороткого импульсного лазерного излучения наносекундной длительности

2.5. Моделирование физико - механических процессов в твердых материалах при воздействии пикосекундного импульсного лазерного излучения в пакетном режиме

2.6. Анализ напряженно - деформированного состояния заготовок из стеклоуглерода при воздействии импульсного лазерного излучения пико - и наносекундной длительности

Выводы по главе

3. Разработка и исследование технологий лазерного фрезерования для формирования одиночных игольчатых и лезвийных вертикально ориентированных острийных автоэмиттеров с большим аспектным

отношением

3.1. Автоматизированные лазерные технологические установки для изготовления АЭК с высоким аспектным отношением

3.2. Описание методики и программы для формирования катодных матриц острийных автоэмиттеров на „пьедесталах" на плоских подложках из стеклоуглерода СУ-2000

3.2.1. Скрайбирование заготовки в размер

3.2.2 Грубая лазерная фрезеровка

3.2.3 Лазерная очистка

3.2.4 Лазерное микроструктурирование поверхности матричного автоэмиссионного катода

3.3. Технологические процессы формирования вертикально ориентированных структур с двухуровневым размещением острий на полусферической поверхности пьедестала

3.3.1 Лазерная фрезеровка полусферической поверхности

3.3.2 Лазерное формирование матрицы острий на полусферической поверхности

3.4 Создание игольчатых автоэмиттеров с высоким аспектным соотношением

геометрических параметров способом лазерного фрезерования

3.4.1. Процесс формирования игл с высоким аспектным соотношением

3.5 Разработка методики и программы формирования кольцевых лезвийных

автоэмиттеров из стеклоуглерода СУ-2000

3.6. Исследование негативного влияния внешней среды на воспроизводимость и идентичность получаемых игольчатых эмиттеров в лабораторных условиях

Выводы по главе

4. Результаты применения технологий лазерного фрезерования ультакороткими импульсами лазерного излучения с большой плотностью энергии при формировании катодно-сеточных узлов для электровакуумного прибора113

4.1. Исследование игольчатых автоэмиттеров с большим аспектным отношением на воздействия вибрационных и ударных механических воздействий

4.2. Компьютерный анализ влияния местоположения вершины игольчатого автоэмиттера в автоэмиссионной ячейке

4.3. Вольт-амперные характеристики электронной пушки с игольчатым автоэмиттером из стеклоуглерода СУ-2000

4.4. Разработка методики и программы формирования катодно-сеточных

узлов (КСУ) с самосовмещенным игольчатым автоэмиттером в ячейке

Выводы по главе

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание микроострийных автоэмиссионных структур для приборов вакуумной электроники с применением комплекса лазерных технологий»

Актуальность работы

Создание электровакуумных приборов, использующих в качестве источника электронов автоэмиссионные катоды (АЭК) до настоящего времени является не решенной и актуальной задачей. Стремление разработчиков использовать в приборах вместо традиционных катодов, работающих на принципах термоэлектронной эмиссии, автоэмиссионные основано на преимуществах последних в сравнении с термоэмиссионными источниками эмиссии. Потенциальные возможности автоэмиссионных катодов (АЭК) хорошо известны: практически мгновенный отклик тока на

изменение напряжения; высокая плотность тока автоэлектронной эмиссии

11 2

(теоретический предел ~10 А/см2); отсутствие источника накала катода; устойчивость эмиссии к колебаниям температуры; малая чувствительность к внешней радиации; экспоненциально высокая крутизна вольт-амперных характеристик.

Развитию направления по созданию и совершенствованию АЭК различных конфигураций посвящено большое количество работ в отечественной и зарубежной научной литературе и периодических изданиях. Среди них следует отметить работы: Бахтизина Р.З., Бондаренко Б.В., Гиваргизова Е.И., Горфинкеля Б.И., Григорьева Ю.А., Гуляева Ю.В., Егорова Н.В., Елинсона М.И., Елецкого А.В., Махова В.И., Месяца Г.А., Рахимова А.Т., Синицына Н.И., Соминского Г.Г., Татаринова Н.В., Фурсея Г.Н., Шредника В.Н., Шешина Е.П., Ч. A. Спиндта, E.E. Мартина, У.П. Дайка, Дж.К. Тролана, Р. Фишера и многих других.

Наиболее известным и развитым на сегодняшний день способом

создания АЭК является запатентованный компанией SRI International процесс

их изготовления с использованием тонкопленочных покрытий и

фотолитографии. Её автором Ч. Спиндтом разработана технология

формирования автоэмиттеров на кремниевых подложках в форме прямого

4

7 2

конуса из молибдена с плотностью упаковки до 1*10 см- . Общим недостатком триодных ячеек Спиндта с острийными автоэмиттерами является их недостаточная надежность и долговечность. Широкому практическому использованию данных АЭК в промышленных приборах, особенно сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, препятствует необходимость поддержания в процессе их эксплуатации сверхвысокого вакуума (не хуже 10-9 Тор) для минимизации разрушающего воздействия на вершины острийных автоэмиттеров высокоэнергетичных ионов остаточных газов. Так, если при сверхвысоком вакууме время работы АЭК Спиндта может доходить до 60 000 часов, то при техническом вакууме, соответствующем реальным условиям эксплуатации лампы бегущей волны (ЛБВ), время наработки на отказ не превышает 150 часов. Кроме того данная технология экологически вредна, требует применения разнопланового и дорогостоящего оборудования.

В последние годы исследователи пришли практически к единому мнению, что наиболее высокой стабильностью эмиссии и долговечностью в условиях технического вакуума (10-6 ^ 10 -7 Тор) обладают АЭК из углерода в различных его модификациях. Преимущества катодов на основе углерода обусловлены их более широким диапазоном рабочих температур и химической инертностью. Наибольшее число работ в этом направлении посвящено разработке способов формирования АЭК на основе углеродных нанотрубок (УНТ) и исследованию их характеристик. Поскольку ток, снимаемый с одиночной нанотрубки, не превышает единиц мкА, то для получения больших эмиссионных токов возникает необходимость объединения равновысоких и не экранирующих друг друга УНТ в матрицы. Создание подобных матриц представляет собой очень сложную и технически трудно реализуемую в условиях промышленного производства технологическую задачу. Именно по этой причине триодные ячейки типа Спиндта на основе УНТ до сих пор не созданы.

В последнее время в качестве исходного материала при изготовлении эмитирующих структур АЭК все чаще используется монолитный стеклоуглерод. Наряду с наиболее известным традиционным методом фотолитографии для его обработки все большее распространение получают лазерные технологии. К наиболее значимым из них можно отнести метод глухих отверстий и способ формирования автоэмиттеров лазерным излучением микросекундной длительности с последовательным перемещением его пятна по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Использование первого из них позволило получить матричные эмиссионные структуры, состоящие из пирамидальных острий с аспектным отношением до 30 единиц, с достаточно высокой плотностью упаковки эмиттеров до 106 см-2

л

и плотностью тока в диодном режиме до 1 А/см . Однако дальнейшее повышение уровня плотности упаковки острий с целью повышения величины снимаемого с катода тока оказалось неперспективным. Поэтому для устранения подобных недостатков и повышения уровней снимаемых с АЭК из монолитного стеклоуглерода токов потребовалась разработка новых конструкций автоэмиттеров и, соответственно, способов их изготовления.

Цель настоящей работы заключается в разработке:

- новых конструкций игольчатых и лезвийных эмиттеров из монолитного стеклоуглерода (СУ-2000) с аспектным отношением от 100 до 600 единиц и усредненным значением плотности тока по вершине острия не

А О

менее 10 А/см ;

- способа их изготовления на основе комплекса технологических операций с применением ультракороткого импульсного лазерного излучения с последующим теоретическим и экспериментальным исследованием их технических характеристик в составе КСУ.

Для достижения поставленной цели решались следующие научные, технические и технологические задачи:

- исследование особенностей механизма локального разрушения стеклоуглерода ультракоротким импульсным лазерным излучением с учетом перемещения зоны обработки и в пакетном режиме высокочастотных пульсаций;

- изучение и анализ напряженно-деформированного состояния заготовок из монолитного стеклоуглерода при указанных выше способах воздействия на основе сформулированных моделей с целью определения технологических параметров неразрушающих режимов обработки;

- экспериментальное определение технологических режимов ультракороткого импульсного лазерного воздействия, в том числе в процессе лазерной заточки, обеспечивающих формирование на подложках из стеклоуглерода матричных, игольчатых и лезвийных автоэмиссионных структур с заданными техническими параметрами, идентичной формой и размерами;

- формирование комплекса лазерных технологических операций для изготовления матричных, игольчатых и лезвийных автоэмиттеров на основе стеклоуглерода включающего в себя: скрайбирование, фрезеровку, резку, микроструктурирование и заточку с последующей очисткой;

- проведение теоретических и экспериментальных исследований эмиссионных свойств игольчатых микроструктур в составе КСУ;

- исследование возможностей создания лазерной технологии изготовления многолучевого КСУ с самосовмещенными осями симметрии автоэмиттеров из стеклоуглерода и отверстий сеточного электрода.

Методы и средства исследований. При выполнении работы использованы основные научные положения квантовой и вакуумной

электроники, геометрической и физической оптики, а также механики деформируемого твердого тела. Опытно-экспериментальные исследования проведены с использованием следующего оборудования: импульсного лазерного излучателя «Rapid 06» производства фирмы "Coherent®", серийной технологической установки «ДМарк-06 RL», металлографических микроскопов NU (Carl Zeiss), Биолам-М и ММР-2Р, электронного микроскопа JEOL JSM-7100, MIRA // Tescan, установки лазерного эмиссионного микроанализа Спектр-2000.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки и методов решения рассматриваемых задач, соответствием прогнозируемых результатов компьютерного моделирования с экспериментальным данными, полученными с использованием аттестованных методик испытания АО «НПП «Алмаз», поверенного измерительного оборудования. Компьютерное моделирование выполнено на ЭВМ с процессором класса 2 Intel® Xeon® CPU E5-2690 v2 @ 3.00GHz с использованием программного пакета инженерных расчетов Mathcad 15.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанные модели для оценки напряженно-деформированного состояния заготовок из стеклоуглерода при воздействии ультракороткого импульсного лазерного излучения с учетом перемещения зоны обработки и в пакетном режиме высокочастотных пульсаций, позволяют расчетным путем определить диапазоны неразрушающих технологических параметров при изготовлении вертикально ориентированных автоэмиссионных структур с большим аспектным отношением.

2. Результаты экспериментальных исследований эмиссионных свойств и устойчивости к ударным и вибрационным механическим воздействиям игольчатых АЭК из монолитного стеклоуглерода подтверждают

возможность их применения в катодно-сеточных узлах и электронных пушках электровакуумных приборов.

3. Разработанная и реализованная технология лазерной заточки с использованием ультракороткого импульсного лазерного излучения высокой мощности с программно-изменяемыми параметрами воздействия обеспечивает изготовление из труднообрабатываемых материалов вертикально ориентированных острийных автоэмиссионных структур с отношением высоты эмиттера к радиусу кривизны его вершины до 600 единиц, радиусом закругления вершины острия до 2 мкм и усредненным

4 2

значением плотности тока по вершине острия не менее 10 А/см (Патент РФ № 2 658 304).

4. Закрепление заготовки АЭК с заранее сформированными цилиндрическими пьедесталами относительно сетки так, чтобы торцы вершин пьедесталов располагались в отверстиях сетки, и последующее применение лазерной заточки через отверстия в сетке, обеспечивает изготовление катодно-сеточного узла с соосным расположением острий автоэмиттеров относительно отверстий сеточной структуры независимо от первоначальной соосности выступов и отверстий сетки (Патент РФ № 2656879)

Научная новизна работы определяется следующими полученными в работе результатами:

- разработана и реализована не применявшаяся ранее прецизионная технологическая операция лазерного микрофрезерования (лазерной заточки) для изготовления вертикально ориентированных острийных автоэмиссионных структур с большим аспектным отношением (отношение высоты эмиттера к радиусу кривизны его вершины >100 единиц) из труднообрабатываемых материалов с использованием особых свойств

ультракороткого импульсного лазерного излучения высокой мощности с программно-изменяемыми параметрами воздействия;

- предложена математическая модель для исследования влияния параметров перемещаемого ультракороткого импульсного лазерного воздействия высокой мощности на генерируемое им в объеме хрупких материалов напряженно-деформированное состояние;

- разработан полный цикл (от заготовки до конечного продукта) лазерных технологических операций изготовления АЭК из монолитного стеклоуглерода с матричными, острийными и лезвийными эмитирующими структурами (Патент РФ № 2 658 304 от 10.04.2018);

- предложен оригинальный способ формирования многоострийных КСУ с самосовмещенным расположением игольчатых автоэмиттеров из стеклоуглерода относительно отверстий сетчатого электрода (патент РФ № 2 656 879 от 07.06.2018).

Практическая значимость. Разработанный комплекс лазерных технологических операций использован в НПФ «Прибор-Т» СГТУ имени Гагарина Ю.А., НПЦ «Электронные системы» ОАО «НПП «Алмаз» и АО "НПП "Торий" при изготовлении опытно-экспериментальных образцов катодов, КСУ и электронных пушек с игольчатыми и лезвийными эмиттерами из монолитного стеклоуглерода. Результаты исследований внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по направлению 12.03.05 «Лазерная техника и лазерные технологии».

Апробация работы. Материалы работы докладывались на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2017» (Москва, 2017г.); на Х международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2015» (С-Петербург, 2015 г); на симпозиуме "Fundamentals of Laser Assisted Micro- and

Nanotechnologies" (FLAMN) (г. Пушкин, С-Петербург 2013г., 2016г.); на конференции «Saratov Fall Meeting» (SFM) (г.Саратов, ежегодно с 2012 по 2019 г.г.); на конференции «SPB-OPEN-16» (Санкт-Петербург 2016г.), на конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2016)» (Саратов 2016г.), на международной конференции «Advanced Laser Technologies» (ALT-13) (Будва, Черногория, 2013 г.), ALT-14 (Касси, Франция, 2014 г.); ALT-15 (Фаро, Португалия, 2015 г.). Результаты работы отмечены дипломами: 2-й степени на выставке Ф0Т0НИКА-2014 «Мир лазеров и оптики» (г. Москва, 2014 г.), 3-й степени на конференции FLAMN-16(г. Пушкин, С-Петербург, 2016г.). Проекты: «Изготовление острийных автоэмиттеров с высоким аспектным отношением методом лазерной микрофрезеровки стеклоуглерода» и «Разработка технологических принципов формирования безнакальных СВЧ-усилителей с мгновенным временем готовности, с компрессией электронного пучка на основе матричных углеродных автокатодов, сформированных на сферической поверхности» , выполненные при подготовки диссертации, награждены в 2015 и 2016 годах дипломами международной организации «Лазерная ассоциация».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, включенных в РИНЦ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 статьи, цитируемые в Web of Science и в SCOPUS. Зарегистрировано 3 патента РФ.

Личный вклад автора.

Автором сформулированы цели и задачи исследования, проведена

модернизация используемого при выполнении работы оборудования.

Предложен оригинальный способ формирования игольчатых и лезвийных

эмиттеров методом лазерной заточки. На основании анализа расчетных

данных определен и реализован на практике диапазон неразрушающих

11

технологических режимов обработки, а также разработан комплекс лазерных технологических операций, обеспечивший полный цикл изготовления АЭК от заготовки до конечного продукта.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения, включающего 139 наименований, и актов внедрения. Диссертация изложена на 159 листах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 8 таблиц.

1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ПО СОЗДАНИЮ АВТОЭМИССИОННЫХ КАТОДОВ И КАТОДНО-СЕТОЧНЫХ УЗЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ

1.1. Достоинства автоэмиссионных катодов в сравнении с

термоэмиссионными катодами.

Под термином автоэлектронная эмиссия (АЭ) (также в литературе можно встретить такие термины, как холодная, туннельная, спонтанная, полевая эмиссия) понимают истечение электронов из твердых или жидких тел под действием сильных электрических полей. Физика этого явления объясняется тем, что при достижении напряженности внешнего поля значений в 109В/м ширина потенциального барьера на границе раздела проводник-вакуум для электронов уменьшается до такой степени, что электроны с определенной долей вероятности, определяемой толщиной барьера, способны туннелировать сквозь него [1]. При иных видах электронной эмиссии переход электрона из материала в вакуум происходит за счет получения электроном дополнительной энергии от того или иного вида возбуждения. Отсутствие необходимости использования дополнительных энергетических источников для возбуждения электронов является причиной высокого интереса к источникам АЭ в плане ее практического применения.

Сложной проблемой нынешней вакуумной электроники является

задача создания высокоточных быстродействующих автоэмиссионных

катодов и приборов на их основе. В связи с этим в данное время

производятся активные поиски новых материалов и способов их обработки,

пригодных для создания холодных источников электронных потоков.

Положительные качества автоэмиссионных катодов по сравнению с

металлопористыми катодами широко известны[4]. Среди них высокая

плотность тока автоэмиссии, отсутствие этапа предварительного разогрева

эмиттера перед выходом на рабочий режим, отсутствие инерции, мгновенное

время готовности, экспоненциальный закон изменения вольт-амперной

характеристики (ВАХ), устойчивость к изменению температуры,

13

малоподверженность влиянию внешней радиации, что позволяет использовать их в военной и космической технике, также в качестве элементов средств контроля ядерных реакторов, ракетных двигателей, реакторов расщепления и синтеза. Сочетание перечисленных свойств обусловливает высокую перспективность использования автоэмиссионных катодов в СВЧ-устройствах всевозможных типов.

Разработка и внедрение в производство и эксплуатацию электронных пушек, работающих на эффекте автоэмиссии представляет широкие возможности для дальнейшего развития современного электронно-вакуумного приборостроения. Сочетания свойств автоэмиссионных катодов с высоким аспектным отношением геометрических параметров игольчатого и лезвийного типа из стеклоуглерода и других материалов обуславливает возможности их применения в качестве источников электронов и мотивирует к разработке и изготовлению ЭВП на их базе. Основным преимуществом приборов на основе автоэмиссионных эффектов является «мгновенное» время готовности, высокая экономичность и возможность уменьшения массогабаритных параметров прибора вследствие отсутствия предварительного накала катодов.

Главным препятствием на пути создания автокатодов является

чувствительность эмиссионных характеристик к геометрической форме

самого эмиттера. Форма эмиттера может изменяться в ходе работы прибора

вследствие воздействия на эмиттеры большого числа негативных факторов,

таких как: недостаточно высокий вакуум в приборе, наличие молекул и

ионов остаточных газов, их десорбция и адсорбция, пондеромоторные

нагрузки, ускорения. Комплекс перечисленных процессов может

инициировать в сочетании с режимом эксплуатации катода ряд негативных

эффектов непосредственно на эмитирующей поверхности острий и привести

к ухудшению параметров его работы. К таким эффектам относятся

разрушение эмиттеров, уменьшение их числа в случае матричных АЭК,

перегрев, появление локализованных зон механических напряжений,

14

распыление материала эмиттера, изменение необходимой работы выхода свободных электронов в сторону более высоких значений.

Л

Для получения заметной плотности АЭ тока около 1мА/см с металлического катода напряженность электрического поля вблизи эмитирующей поверхности должна принимать значения около 1В/нм, что в случае применения плоского автоэмиттера привело бы к необходимости работы с напряжением в десятки киловольт [1]. Именно поэтому на практике применяются катоды, имеющие форму игл, лезвий. При приложении разности потенциалов между катодом подобной формы, расположенном на плоской поверхности и плоским анодом происходит концентрирование силовых линий электрического поля в зоне вершины острия. В результате чего напряженность поля фокусируется в очень малой зоне вершины автоэмиттера, где радиус кривизны поверхности минимален. Данному эффекту ставят в соответствие понятие коэффициента усиления поля, т.е. отношение напряженности поля у вершины эмитера, Е, к напряженности поля, которая создается при том же расстоянии между пластинами и тех же потенциалах без острия Е0:

ß = Е/Е0

В самом простом случае с цилиндрическим эмиттером высоты h и радиусом закругления вершины r, расположенного на плоской поверхности (рис. 1.1.) напряженность поля Е, на пике острия эмиттера отличается от напряженности однородного поля E0=V/d между двумя плоскими электродами (V- разность потенциалов электродов; d- зазор между электродами) в ß раз:

ß ~ h/r

Данная формула уместна при d>>h>>r [2]. Величину h/r принято называть аспектным отношением.

а 1

к

(-) Катод

Рисунок 1.1. Схематическое изображение силовых линий между плоским анодом и катодом в форме цилиндра высотой к и радиусом закругления полусферической вершины г.

Несмотря на большие значения локальной плотности тока эмиссии получаемых в случае острийных эмиттеров подобных конструкций, общий АЭ ток катода, содержащего острийный эмиттер невелик в следствие малой площади эмиссии. С целью увеличения этого значения, как правило, применяют массивы острийных эмиттеров.[3]

1.2. Обзор и анализ методов формирования микроструктур автоэмиссионных катодов.

Прогресс технологий, используемых при изготовлении элементов твердотельной электроники применим также к процессам изготовления компонентов субмикронных размеров электровакуумной техники.[3-8] Так разнообразные сочетания технологий применяемых при химическом травлении, позволили получить иглы с радиусом кривизны острия в десятки нанометров, высотой эмиттера в пределах 10 мкм и межэлектродным расстоянием в единицы микрон. Но проблема изготовления стабильных сильноточных автоэмиссионных катодов для их последующего применения в СВЧ-технике до сих пор остается открытой. В настоящее время все еще ведутся поиски наиболее подходящих материалов для изготовления

стабильных автоэмиттеров, а также способы их обработки и синтеза. Недавно было установлено, что алмаз представляет из себя один из таких материалов. В качестве его отличительной особенности можно выделить, возможность автоэмиссии электронов при значениях напряженности электрического поля - менее 1 В/мкм.[9]

1.2.1. Матричные автоэмиссионные катоды с автоэмиттерами из молибдена (катоды Спиндта)

В настоящее время все большую популярность получает технология изготовления АЭК наноразмерного диапазона, однако, проблемы автоэмиссионной электроники были обозначены уже в начале 70-х годов, когда Спиндтом была разработана технология изготовления матричного автоэмиссионного катода сендвичного типа (проводник- изолятор-проводник) на основе подложки из кремния, с молибденовыми эмиттерами и молибденовой вытягивающей сеткой и изолятором на основе оксида кремния. Процесс изготовления подобных катодов основан на новейших достижениях тонкопленочных технологий и электронно-лучевой литографии. Данная технология применима для изготовления матричных автоэмиссионных катодов (МАЭК) с изменяемым количеством молибденовых микроострий [3,5].

Эти катоды были всесторонне изучены. Верхний проводник представляет из себя сетку с отверстиями диаметром 1-3 мкм, сквозь которое протравлена полость в изоляторе до нижнего проводника. На проводниковой подложке расположен молибденовый конус высотой около 1,5мкм с радиусом кривизны вершины 50нм, которая находится строго по центру отверстия сеточной пленки. Размеры такой конструкции крайне малы и занимают единицы микрон. Спиндтом были получены катоды в виде матриц с 1, 100, 5000 эмиттеров при расстоянии между эмиттерами в 25,4мкм (100

эмиттеров в матрице 10х10), и 12,7 мкм в решетке эмиттеров количеством

2 2

5000 на общей площади эмиссии 0,25мм и 1мм соответственно.

К преимуществам катодов Спиндта относят низкое рабочее напряжение от 100 до 300В, и высокую плотность упаковки эмиттеров и точность их размещения, обеспечиваемую технологией изготовления. Низкие значения рабочего напряжения позволяют оставаться эмиттерам менее уязвимыми к пробою вследствие слабой ионизации остаточных газов. К недостаткам подобных структур авторы [2] относят значительную разницу коэффициентов линейного термического расширения молибденовых острий и кремниевой подложки, на которой они расположены (для Мо 5х10-6°С-1, для Si 5,1х10-6°С-1). Так, нагрев структуры в процессе работы может привести к отслаиванию эмиттеров от подложки. Следствием этой разницы также является невозможность устранения адсорбированных газов с поверхности острий и возможность их вторичного поглощения при прогревах и охлаждениях. Также, несмотря на то, что малое рабочее напряжение снижает риски пробоя за счет слабой ионизации остаточных газов и должно существенно снизить требования к качеству вакуума, на деле катоды Спиндта стабильно работают только при наличии высокого вакуума уровня

7 8

10 -10 Па [3-7], который обеспечивался непрерывной откачкой.

Еще одним существенным недостатком изготовления катодов по

технологии Спиндта является требования к особо чистым производственным

площадям, наличие разнообразного и дорогостоящего технологического

оборудования, многоэтапность и длительность процесса производства

эмитирующих структур. Процесс изготовления таких катодов

многоступенчатый и содержит несколько основных этапов (Рисунок 1.2).

Первоначальная подготовка кремниевой подложки (резка, шлифовка,

полировка, контроль качества), окисление одной из сторон кремниевой

пластинки до образования пленки оксида кремния нужной толщины,

дальнейшее покрытие этой пленки слоем молибдена и проделывание в нем

отверстий электронным лучом позволяет изготовить анодную сетку, которая

одновременно является маской при травлении оксида кремния через

полученные отверстия в плавиковой кислоте. После проведения операции

18

травления на молибденовую сетку наносят слой алюминия, который сужает отверстия сетки, оставляя необходимый для напыления молибденовых острий просвет, затем производят растворение алюминиевого слоя, в результате чего образуется катодная структура изображенная на рисунке 1.3. Изображение катода на рисунке 1.3(б) получено с использованием средств растровой электронной микроскопии (РЭМ).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бессонов Дмитрий Александрович, 2020 год

Список использованных источников

1. М. И. Елинсон, Г. Ф. Васильев. Автоэлектронная эмиссия // Государственное издательство физико-математической литературы. Москва. 1958г. - 272 с.

2. Gomer R. Field Emission and Field Ionization [Текст]/ R. Gomer// MA.: Harvard University Press, 1961 - 195 p.

3. Spindt, C.A. A thin-film field-emission cathode [Текст]/ C.A. Spindt //J. Appl. Phys. - 1968 - V. 39 - Iss. 7 - P.3504-3505.

4. Ненакаливаемые катоды / Под ред. Елинсона М.И. . - М: Сов. радио, 1974. 336 с.

5. Spindt G.A., Brodie I., Hemphey L., Westerberg E.R. // J. Appl. Phys. 1976. V.47. No.12. P.5248-5263.

6. Spindt G.A., Holland G.A., Stowele R.D. // Appl. Surt. Sci. 1983. V.16. No.1-2. P.268-272.

7. Brodie I., Spindt G.A. Vacuum Microelectronics//Advances in Electronics and Electronic Physics.1992, Vol.83. P. 1-106.

8. Синицын Н.И. и др. Углеродные нанокластерные структуры - один из материалов эмиссионной электроники будущего // Радиотехника 2000. №2. С.9.

9. Orekhov A.S., Tuyakova F.T., Obraztsova E.A Structural peculiarities of single crystal diamond needles of nanometer thickness // Nanotechnology, Vol. 27, № 45// 2016//ЮР Publishing Ltd

10. Green R. F., Gray H.F. P-N junction controlled field emitter array cathode // US Patent №4 513308., Int. CI.HOIL29/06Apr.23,1985.

11. Lee R.A. Return of the vacuum valve // Electron and Wireless World, 1989.V.1639.

12. В.А.Сокол// Управляемые автоэмиссионные катоды на основе пористого оксида алюминия//Доклады БГУИР №8(46) УДК 621.315

13. Holland E.R., Harrison M.T., Huang M., Wilshaw P.R. // J. Vac. Sci. Technol. 1999. Vol. 17, №2

14. Wilkin W. Tang; Donald A. Shiffler; John R. Harris; Kevin L. Jensen; Ken Golby; Matthew LaCour; Tim Knowles Field emission characteristics of a small numberof carbon fiber emitters; AIP Advances 2016, 6, DOI: 10.1063/1.4962921

15. Григорьев Ю.А., Васильковский С.В., Шестеркин В.И., Ярцева З.А. Патент 1738013. Заявл. 09.04.90г. Опубликован 12.02.93г.

16. Бурцев А.А. Матричные автоэмиссионные катоды из монолитных углеродных материалов для приборов вакуумной электроники.: дис. ... канд. техн. наук: 05.27.02: защищена 24.01.11: — Саратов., 2011. — 128 с.

17. А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Из-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006.

18. Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии.М.: Издательство МЭИ, 1988.

19. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Какора А.Н. Лазерная обработка материалов. - М.: Машиностроение, 1975. - 295 с.

20. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка. Л.: Лениздат, 1973, 191с.

21. Кононенков Т.В., Конов В.И., и др.Сравнительные исследования абляции материалов наносекундными и пико/фемтосекундными импульсами. Квантовая электроника, 28, № 2, август 1999 г.

22. Handbook Of Laser Materials Processing, Laser Institute Of America Magnolia Publishing, 2001

23. Паркус Г. Неустановившиеся температурные напряжения. «Физматгиз», Москва, 1963

24. Thomas Hermann, Bernhard Klimt, Frank Sigel, Micromachining with picosecond laser pulses, ILS, 02.09.2004

25. Laser Ablation: Principles and Applications (Springer Series in Mater. Sci., Vol. 28, Ed. J C Miller) (Berlin: Springer-Verlag, 1994)

26. Вейко В.П. Опорный конспект лекций по курсу «Физико-технические основы лазерной обработки», СПбГУ ИТМО, 2005г

27. Анисимов С. И., Лукъянчук Б. С. Избранные задачи теории лазерной абляции / УФН. 2002. Т. 172, № 3. С. 301-333.

28. Клышко Д. Н. Физические основы квантовой электроники. M., 1986;

29. Шен И. Р. Принципы нелинейной оптики. M., 1989;

30. Летохов В. С., Чеботарев В. П. Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения. М., 1990.

31. D. Bauerle, Laser Processing and Chemistry. - Berlin: Springer, 2000

32. A. Ruf, Modellierung des Perkussionsbohrens von Metallen mit kurz- und ultrakurzgepulsten Lasern Ph.D. thesis, Universitaet Stuttgart, 2004

33. E.N. Glezer, Y. Siegal, L. Huang, and E. Mazur, Behavior X(2) of during a laser-induced phase transition in GaAs // Phys. Rev. B. - 1995. - №51.pp. 95899596.

34. A. Miotello, R. Kelly, Laser-induced phase explosion: new physical problems when a condensed phase approaches the thermodynamic critical temperature//, Appl. Phys. A Suppl. - 1999, №69, pp. S67-S73.

35. K. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, M. Boing, and A. Cavalleri, D. von der Linde, Thermal and nonthermal melting of gallium arsenide after femtosecond laser excitation// Phys. Rev. B. - 1998,№ 58, pp. R11805-R11808.

36. Molecules and Clusters in Intense Laser Fields / Edd. by Jan Posthumus. -Cambridge: Cambridge University , 2001. - 272 р.

37. A.C. Tam, H.K. Park, and C.P. Grigoropoulos, Laser cleaning of surface contaminants// Appl. Surf. Sci., 1998, 127-129, pp. 721-725.

38. J.L. Brand and A.C. Tam, Mechanism of picosecond ultraviolet laser sputtering of sapphire at 266 nm // Appl. Phys. Lett. - 1990, №56, pp. 883-885.

39. D. Ashkenasi, A. Rosenfeld, H. Varel, M. Waehmer, and E. Campbell, Laser processing of sapphire with picosecond and sub-picosecond pulses//Appl. Surf. Sci., - 1997, №120, pp. 65-80.

40. Kurt Weingarten, Optimizing cold ablation processing with picosecond micromachining // Laser+Photonics, - 2012, №3, pp. 44-46

41. Koji Sugioka, Michel Meunier, Alberto Piqure Laser Precision Microfabrication, 1st Edition. Springer Series in Materials Science, Vol. 135,., XVI, 344 p

42. Dirk Muller, Hatim Haloui, Bernhard Klimt, Ralf Knappe and Achim Nebel, Burst mode micromachining with high power picosecond lasers

43. Jens Limpert/ High power ultrafast fiber lasers and novel dynamics during high repetition rate machining

44. Кононенко Т.В., Коннов В.И., Гарков С.В. и др. Сравнительные исследования абляции материалов наносекунднымии пико/фемтосекундными импульсами. Квантовая электроника, 28, №2, авг.1999.

45. Laser Processing of Materials/Peter Schaaf Editor// Springer Series in Materials Science, Vol. 139, 2010, XIV, 234 p.

46. Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Конспект лекций. Часть I. Поглощение лазерного излучения в веществе. Под общей редакцией В.П. Вейко - СПб: СПб ГУ ИТМО, 2008. - 141 с.

47. А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, А.А. Самохин/ Абляция поверхности материалов под действием ультракоротких лазерных импульсов// Успехи физических наук, Том 187, №2, с 160

48. Способ изготовления автоэмиссионного катода: пат 2526240 РФ: МПК H01J 1/30, H01J 9/02// Бессонов Д.А., Попов И.А., Соколова Т.Н.; заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВПО «СГТУ имени Гагарина Ю.А.»- № 2013101115/07; заявл. 09.01.2013; опубл. 20.08.2014 Бюл. № 23

49. Laser Ablation of Electronic Materials: Basic Mechanisms and Applications/ Eds E Foga- rassy, S Lazare //Proc. European Materials Res., Vol. 4, - Amsterdam: North-Holland, 1992.

50. Laser Ablation/ Eds E Fogarassy, D Geohegan, M Stuke// Proc. European Materials Res., Vol. 55, -Amsterdam: Elsevier, 1996

51. Laser Ablation: Proc. of the Fourth Intern/ Eds R Russo et al.//Conf. on Laser Ablation, COLA-IV, - Amsterdam: North-Holland, 1998

52. BaÈuerle D Laser Processing and Chemistry. - 3rd ed. - Berlin: Springer, 2000.

53. Анисимов С. И., Лукъянчук Б. С. Избранные задачи теории лазерной абляции / УФН. 2002. Т. 172, № 3. С. 301-333.

54. Emil N. Sobol Phase transformations and ablation in laser-treated solids. -New York: Wiley, 1995. - 332 p.

55. BaÈuerle D et al., in Ref. [3] p. 39

56. BaÈuerle D et al., in Excimer Lasers / Ed. L D Laude// NATO ASI Series, Ser. E, Vol. 265, Dordrecht: Kluwer Academic Publ., 1994 p. 39

57. D. Bäuerle, Laser Processing and Chemistry. - Berlin: Springer, 2000

58. A. Ruf, Modellierung des Perkussionsbohrens von Metallenmitkurz- und ultrakurzgepulstenLasern Ph.D. thesis, Universitaet Stuttgart, 2004

59. E.N. Glezer, Y. Siegal, L. Huang, and E. Mazur, Behavior X(2) of during a laser-induced phase transition in GaAs // Phys. Rev. B. - 1995. - №51.pp. 95899596.

60. A. Miotello, R. Kelly, Laser-induced phase explosion: new physical problems when a condensed phase approaches the thermodynamic critical temperature//, Appl. Phys. A Suppl. - 1999, №69, pp. S67-S73.

61. K. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, M. Boing, and A. Cavalleri, D. von der Linde, Thermal and nonthermal melting of gallium arsenide after femtosecond laser excitation// Phys. Rev. B.- 1998,№ 58, pp. R11805-R11808.

62. Molecules and Clusters in Intense Laser Fields / Edd. by Jan Posthumus. -Cambridge: Cambridge University , 2001. - 272 р.

63. A.C. Tam, H.K. Park, and C.P. Grigoropoulos, Laser cleaning of surface contaminants// Appl. Surf. Sci., 1998, 127-129, pp. 721-725.

64. J.L. Brand and A.C. Tam, Mechanism of picosecond ultraviolet laser sputtering of sapphire at 266 nm // Appl. Phys. Lett. - 1990, №56, pp. 883-885.

65. D. Ashkenasi, A. Rosenfeld, H. Varel, M. Waehmer, and E. Campbell, Laser processing of sapphire with picosecond and sub-picosecond pulses//Appl. Surf. Sci., - 1997, №120, pp. 65-80.

66. Koji Sugioka, Michel Meunier, Alberto Piqure Laser Precision Microfabrication, 1st Edition. Springer Series in Materials Science, Vol. 135,., XVI, 344 p.

67. D. Muller, Picosecond Lasers for High - Quality Industrial Micromachining//Photonics Spectra, - November, 2009, pp. 46 -47.

68. Kurt Weingarten,High Energy Picosecond Lasers: Ready for Prime Time//LTJ, - May 2009, No. 3, pp. 51 -54.

69. Kurt Weingarten, Optimizing cold ablation processing with picosecond micromachining // Laser+Photonics, - 2012, №3, pp. 44-46.

70. Д.А. Бессонов, Т.Н. Соколова, Ю.В.Чеботаревский /Исследование особенностей применения короткого и ультракороткого импульсного лазерного излучения для прецизионной микрообработки материалов. Обзор и анализ // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2015. - №4.

71. Самуль В.И. Основы теории упругости и пластичности: Учеб. пособие для студентов вузов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высш. школа, 1982. — 264с

72. Попов И.А. Создание матричных автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода для приборов вакуумной электроники на основе комплекса лазерных технологических процессов.: дис. ... канд. техн. наук: 05.27.02: защищена 02.07.13: — Саратов., 2013. — 140 с.

73. P. Schaaf, Laser processing of materials /Springer series in material science//2010

74. Попов И.А. Лазерные технологии и современное оборудование при изготовлении автоэмиссионных катодов из монолитного стеклоуглерода / Е.Л. Сурменко, И.А. Попов, Т.Н. Соколова, Ю.В. Чеботаревский // Вакуумная техника и технология. - 2011. - Т. 21. - № 2. - С. 95-98.

75. Popov I.A. Laser treatment of monolithic glass-carbon / E. L. Surmenko, T.N. Sokolova, I. A. Popov, A.V. Konyushin // SPb.: National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics Press. - International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies". Book of Abstracts. - 2010. - P.103.

76. Попов И.А. Лазерная очистка микроструктурированной поверхности микроострийных автоэмиссионных катодов / Е.Л. Сурменко, И.А. Попов, Т.Н. Соколова, Ю.В. Чеботаревский // Вестник СГТУ. - 2010. - № 4. - Вып. 1.

- С. 170-175.

77. Попов И.А. Очистка наноструктурированной поверхности микроострийных автоэмиссионных катодов / И.А. Попов, Т.Н. Соколова, Е.Л. Сурменко, А.В. Конюшин // Материалы IV Российского семинара по волоконным лазерам / под. ред. проф. А.С. Куркова. - Ульяновск : УлГУ, 2010. - С.54-55.

78. Попов И.А. Лазерная модификация поверхности материалов, используемых в производстве электронных приборов/ И. А. Попов, А. В. Конюшин, Т. Н. Соколова, Е. Л. Сурменко // Быстрозакаленные материалы и покрытия : матер. VII Всероссийской с международным участием науч.-техн. конф. / МАТИ. - М., 2008. - С. 198-199.

79. Попов И.А. Комплекс лазерных технологических процессов для создания микроострийной эмитирующей поверхности автоэмиссионных катодов из монолитного стеклоуглерода / И. А. Попов, А. В. Конюшин, Т. Н. Соколова, Е. Л. Сурменко // Быстрозакаленные материалы и покрытия : матер. VI Всероссийской с международным участием науч. -техн. конф. / МАТИ. - М., 2007. - С. 261-266.

80. Popov I.A. Manufacture of microstructured glass-carbon surface using laser technologies / E. L. Surmenko, T.N. Sokolova, I. A. Popov // Institute of Electronics Bulgarian Academy of Sciences Press, 16thInternational School on Quantum Electronics "Laser physics and applications". Book of Abstracts. - 2010.

- P.45.

81. Popov I.A. Complex of Laser Technologies for Manufacture of Microstructured Glass-Carbon Surface / T. N. Sokolova, I. A. Popov, E. L. Surmenko, A.V. Konyushin // International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2010) International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (LAT 2010). Book of summaries. - 2010. - YSTuE31

82. Popov I.A. Laser nanostructuring of glass-graphyte surface / T. N. Sokolova, I. A. Popov, E. L. Surmenko, A.V. Konyushin // 14th International Conference Laser Optics'2010. Book of summaries. - 2010. - С.630.

83. Popov I.A. Laser structuring of glass-carbon for improvement of its emitting properties/ T.N. Sokolova, E.L. Surmenko, I.A. Popov, Yu.V. Chebotarevsky//International Conference Advanced Laser Technologies ALT'12. Book of Abstracts. - 2012. - P.315.

84. Способ изготовления автоэмиссионного катода из углеродного материала/ Шестеркин В. И., Шалаев П. Д., Бессонов Д. А., Сурменко Е. Л., Соколова Т. Н., Попов И. А. // RU 2 658 304 C2 Опубликовано: 2018.06.20

85. Способ изготовления катодно-сеточного узла с автоэмиссионным катодом/ Бессонов Д.А., Попов И.А., Соколова Т.Н., Сурменко Е.Л., Шалаев П.Д., Шестеркин В.И.// RU 2 656 879 C1 Опубликовано: 2018.06.07

86. Исследование эмиссионных характеристик многолучевой электронной пушки с автоэмиссионным катодом из стеклоуглерода, Н.А. Бушуев, О.Е. Глухова, Ю.А. Григорьев, Д.В. Иванов, А.С. Колесникова, А.А. Николаев, П.Д. Шалаев, В.И. Шестеркин // ЖТФ, 2016, том 86, вып.2, с. 134-139

87. Шестеркин В.И., Соколова, Т.Н., Морев С.П., Бессонов Д.А., Сурменко Е.Л., Дармаев А.Н., Комаров Д.А., Муравьев Э.К., Шалаев П.Д., Шумихин К.В. Улучшение свойств автоэмиссионных ячеек из стеклоуглерода при формировании острий с высоким аспектным отношением методом лазерного фрезерования // Радиотехника и электроника. 2016. Том.61. № 9. С. 896-904.

88. Darmaev A.N.,Komarov D.A.,Morev S.P., Muravyev E.K., Bessonov D.A., Sokolova T. N., Surmenko E.L., Shalaev P.D. and Shesterkin V. I. Field

Emission Cells with High Aspect Ratio of Glassy Vertical Emitters and Electron Guns Based on Them . // Technical Digest of 9 th Int. Vacuum Microelectronics Conference. ( IVEC - 2017). London. 24 -26 April. 2017. P.

89. Дармаев А.Н, Комаров Д.А, Масленников С.П, Морев С.П, Абаньшин Н.П, Якунин А.Н, Шестеркин В.И, Шалаев П.Д. Возможности применения автоэмиссионных структур в мощных импульсных ЭВП // Материалы XXII научно-технической конференции „Вакуумная наука и техника", сентябрь 2015, г.Феодосия, с.295-296

90. Морев С.П., Дармаев А.Н., Комаров Д.А., Муравьев Э.К., Бессонов Д.А., Соколова Т.Н., Сурменко Е.Л., Шалаев П.Д., Шестеркин В. И. Автоэмиссионные ячейки из стеклоуглерода с высоким аспектным отношением острий и электронно-оптические системы на их основе // Сборник статей VI Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ» Санкт-Петербург, 29 мая -1 июня, 2017, с. 90-94.

91. Петросян А.И, Роговин В.И. Численный расчет и исследование диодов и триодов с полевой эмиссией // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Междунар. научн. - техн. конф. АПЭП - 2010. 22 - 23 сентября 2010г. СГТУ. Саратов. Россия. С.338 - 396.

92. Шестеркин В.И. Экспериментальное исследование автоэмиссионных ячеек с криволинейной рабочей поверхностью катода из стеклоуглерода. // Материалы научно - технической конференции. АО «НПП «Исток» им. Шокина. г. Фрязино. 13 -14 мая 2015г. с.62. - 64.

93. Шестеркин В.И., Шалаев П.Д., Бабанов А.Ж., Горева Т.А., Бессонов Д.А., Соколова Т.Н., Сурменко Е.Л. Лезвийный автоэмиссионный катод в форме цилиндрической трубы и его эмиссионные характеристики в составе электронной пушки // Материалы юбилейной научно-технической конференции АО «НПП «Алмаз»: Электронные приборы и устройства СВЧ: Саратов, б/о Луч. 2017. с.141-143.

94. Шестеркин В.И, Бессонов Д.А, Ерзов С.В, Мельников В.Д, Шалаев

П.Д, Шумихин К.В, Косырев В.С. Исследование стойкости к механическим

146

воздействиям острийных автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода с большим аспектным отношением // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2017. Вып. 1(532). С. 84-88.

95. Патент № 2644 416 (РФ). МКИ Н 011 1/34. Катодно - сеточный узел с автоэмиссионным катодом из углеродного материала // Шалаев П.Д., Шестеркин В.И. Заявка № 2016122153. 3аявл.03.06.2016. Положит. Решен. От 07.12.2018. Бюлл. №5.

96. Дармаев А. Н., Комаров Д. А., Морев С. П., Шестеркин В. И., Шалаев П. Д. Расчет и оптимизация параметров многослойных планарных матричных структур Григорьева - Шестеркина с групповым расположением вертикально ориентированных автоэмиттеров //АПЭП 2014 Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП 2014 / Материалы межд. науч.-техн. конференции, Саратов, 2014, С. 295-296.

97. Трубецков Д.И., Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. Саратов: Изд-во „Колледж" , 1996, с. 234.

98. Александров Г.И., Заморозков Б.М., Калинин Ю.А., Муравьев А.А., Юркин Ю.Н. Методы экспериментального исследования структуры электронных пучков приборов О - и М - типов. // Обзоры по электронной технике. Электроника СВЧ. Вып. 8 (108). М.: ЦНИИ „Электроника". 1973. 206 с.

99. Правдин Б.С., Пименов В.Г. Анализатор скоростей электронов и его использование для улучшения структуры пучка в электронных пушках // Вопросы расчета, технологии, разработки и исследований электронных и твердотельных приборов СВЧ: Тез. докл. конф. по электронной технике. Сер. 1. Электроника СВЧ. М.: ЦНИИ „Электроника", 1975. Вып. 4(46). С. 31.

100. Шестеркин В.И. Формовка матричных автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода в сильных электрических полях / / Вестник Саратовского государственного технического университета. №4(73). 2013. С.52-56.

101. Vasily I. Shesterkin. Large-sized field-emission cells with high aspect ratio of tip sizes made of carbon glass composed of electron guns for microwave devices // 11 th International Vacuum Electron Sources Conference. IVESC - 2016 . Seoul. 18 -20 October. 2016. PP. 119-120.

102. Шестеркин В.И. Автоэмиссионные ячейки с диэлектрическим зазором катод - сетка и перспективы их использования в электронных приборах // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Междунар. научн. - техн. конф. АПЭП - 2016. 22 - 23 сентября 2016г. СГТУ. Саратов. Россия. С.161 - 165.

103. . Darmaev A.N., Morev S.P., Muraviev E.K., Shesterkin V.I. Field Emission Cell with a High Aspect Ratio of Tip (simulation and experiment) // 11 th International Vacuum Electron Sources Conference. IVESC - 2016 . Seoul. 18 -20 October. 2016. PP. 125-126.

104. Дармаев А.Н., Комаров Д.А., Морев С.П., Муравьев Э.К. , Бессонов Д.А., Соколова Т.Н., Сурменко Е.Л., Шалаев П.Д., Шестеркин В.И. Электронно-оптические системы на основе автоэмиссионных ячеек с большим аспектным отношением вертикально расположенных эмиттеров из стеклоуглерода // II-я Международная конференция „Современные технологии в науке и образовании (СТНО - 2017)", Рязань. 1-3 марта 2017г.

105. Takao Utsumi. Keynote address Vacuum Microelectronic: Whats New and Exciting // IEEE Trans. ED. 1991. Vol. 38. № 10. P. 2283

106. Дармаев А.Н., Морев С.П., Муравьев Э.К. Шестеркин В.И. Расчет автоэмиссионных ячеек с высоким аспектным отношением // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Междунар. научн. -техн. конф. АПЭП - 2016. 22 - 23 сентября 2016г. СГТУ. Саратов. Россия. С.181 - 183.

107. Shesterkin V.I., Sokolova T.N., Morev S.P., Bessonov D.A., Surmenko E.L., Darmaev A.N. Murav'ev E.K., Shalaev P.D., and Shumikhin K.V. Improvement in the Properties of Glassy - Carbon Field - Emission Cells in Forminc Spikes

with a High Aspect Ratio via Laser Milling // Journal of Communications Technology and Electronics. 2016, Vol. 61, No.9, pp. 1044 - 1091.

108. Морев С.П., Дармаев А.Н., Комаров Д.А., Муравьев Э.К., Бессонов Д.А., Соколова Т.Н., Сурменко Е.Л., Шалаев П.Д., Шестеркин В. И. О возможности использования автоэмиссионных ячеек с высоким аспектным отношением острий в электронно-оптических системах ЭВП СВЧ // Материалы XIX координационного научно-технического семинара по СВЧ технике Н. Новгород 5-7 сентября 2017, C.33-35.

109. Морев С.П., Дармаев А.Н., Комаров Д.А., Муравьев Э.К., Бессонов Д.А., Соколова Т.Н., Сурменко Е.Л., Шалаев П.Д., Шестеркин В.И. Возможности использования автоэмиссионных ячеек с острийными катодами в электронно-оптических системах мощных ЭВП СВЧ // Материалы юбилейной научно-технической конференции АО «НПП «Алмаз»: Электронные приборы и устройства СВЧ: Саратов, б/о Луч. 2017. с.32.

110. Vasily I. Shesterkin. Multitip field - emission cathode with the high aspect ratio tips made of glass composed of electron gun // Technical Digest of 18th Int. Vacuum Electronics Conference. 2017. (IVEC-2017). London. 24 - 26 April 2017.

111. T.N. Sokolova, Yu.V. Chebotarevsky, E.L. Surmenko, A.V. Konyushin, I.A. Popov, D.A. Bessonov/ Study of the Stress Strain State in Glass Carbon Plates after ultrafast Laser Processing// International Conference Advanced Laser Technologies ALT'13. Book of Abstracts. - 2013. - P.114.

112. T.N. Sokolova, Yu.V. Chebotarevsky, E.L. Surmenko, A.V. Konyushin, I.A. Popov, D.A. Bessonov/Metod of Overlapping Blind Holes for Structuring of a Surface// International Conference Advanced Laser Technologies ALT'13. Book of Abstracts. - 2013. - P.117.

113. T.N. Sokolova, Yu.V. Chebotarevsky, E.L. Surmenko, A.V. Konyushin, I.A. Popov, D.A. Bessonov/ ultrafast laser processing of glass-carbon for its application in field - emission cathodes/ SPIE Vol. 9065ISBN: 9780819499929Title: Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies 2013

114. D.A. Bessonov, I.A. Popov; T.N. Sokolova; E.L. Surmenko; Y.V. Chebotarevsky/Laser forming of emitting structure of metal-porous cathodes// Proc. SPIE 9917, Saratov Fall Meeting 2015: Third International Symposium on Optics and Biophotonics and Seventh Finnish-Russian Photonics and Laser Symposium (PALS), 99173D (April 21, 2016); doi: 10.1117/12.2229857

115. D.A. Bessonov, V.I. Shesterkin, Yu.V. Chebotarevsky and others/ Laser formation of tip emitting structures with high aspect ratio on glass-carbon fieldemission cathodes// Journal of Physics Conference Series 741(1):012166 (August 2016); DOI: 10.1088/1742-6596/741/1/01216

116. Бессонов Д.А.,Соколова Т.Н.,Сурменко Е.Л./ Улучшение характеристик автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода методом прогрессивного лазерного структурирования// Прикладная фотоника. Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета 2014. - №1. - С. 112-119

117. Григорьев Н.И. Электронно-оптические системы с сеточным управлением: Обзоры по электронной технике / Н.И. Григорьев, Б.С. Правдин, В.И. Шестеркин // Сер.1, Электроника СВЧ. - М.: ЦНИИ «Электроника», 1987. - Вып.7 (1264). - 71 с.

118. ЛБВ с низковольтным управлением электронным потоком: Обзоры по электронной технике. Сер!, Электроника СВЧ / А.Д. Ессин, В.М. Курицын, И.А. Шаталин и др. - М.: ЦНИИ «Электроника», 1976. - Вып.6 (375). - 66 с.

119. К вопросу о подавлении термоэлектронной эмиссии с сеток электровакуумных приборов / Ж.Н. Бабанов, В.И. Козлов, В.Б. Авдеев и др. // Электронная техника. Сер.1, Электроника СВЧ. - 1980. - Вып.8. - С. 14.

120. Е.Ю. Локтионов, А.В. Овчинников. Исследование динамики процессов на поверхности твердых тел при воздействии ультракоротких импульсов лазерного излучения. Beam Technologies & Laser Application. Proceedings of the VI international conference, Saint- Petersburg, 2009, pp 47-52

121. Чеботаревский Ю.В. Построение расчетной модели для исследования

напряженного состояния хрупких неметаллических материалов при

локальном нагреве с учетом появления пластических деформаций / В межвуз.науч.сб.: Механика деформируемых сред. - Саратов. Изд-во СГУ, 1985. - Вып.9. - С.49-

122. Федоров В.Б., Шоршоров М.Х., Хакимова Д.К. Углерод и его взаимодействие с металлами. М.: Металлургия, 1978. 208 с.

123. А.В. Конюшин, Т.Н. Соколова, Е.Л. Сурменко. Лазерные технологии в изготовлении многоострийных автоэмиссионных катодов из монолитного стеклоуглерода для вакуумных СВЧ-приборов. Вакуумная наука и техника. Материалы XIV научно-технической конференции. Под ред. д.т.н. проф. Д.В.Быкова. М.: МИЭМ. 2007, стр. 268-271.

124. Баренблат Г.И., Всеволодов Н.Н., Миркин Л.И., / О разрушении прозрачных материалов под действием лазерного излучения. // ЖЭТФ, Письма в редакцию, том 5, выпуск 3, 1 февраля 1987 г.

125. Григорьев Ю.А., Бурцев А.А, Шалаев П.Д., Пименов В.Г. / Экспериментально-расчетная оценка работы выхода электронов из материалов автоэмиссионных катодов при анализе их качества // Вестник Саратовскогогосударственного технического университета. 2009. №3(40). С.119-124.

126. Чеботаревский Ю.В., Соколова Т.Н./ Численное моделирование напряжений, генерируемых при воздействии лазерных ультракоротких импульсов на стеклоуглеродные материалы// Изв. ВУЗов. Приборостроение. 2014. Т.57, №6.

127. Bessonov D. A. Creation оf field emission cathodes micro-sized laser cutting / D. A Bessonov, E.L Surmenko, T.N Sorolova, I.A Popov, V.I.Shesterkin // International Symposium „Fundamentals of Laser Assisted Micro - and Nanotechnologies" (FLAMN - 16). Yune 27 - Yuly 01, 2016, St. Petersburg, Pushkin, Russia, p.99.

128. Дармаев А.Н, Комаров Д.А, Морев С.П, Ряднов А.Ю, Шалаев П.Д. Шестеркин В.И. Использование кривизны поверхности автоэмиттеров в

ячейках Григорьева - Шестеркина для улучшения параметров формируемого электронного потока // Материалы научно - технической конференции. АО «НПП «Исток» им. Шокина. г. Фрязино. 13 -14 мая 2015г. с.40 - 41

129. Способ изготовления матрицы многоострийного автоэмиссионного катода на монокристаллическом кремнии: пат RU 2 652 651 C2: MПK H01J 1I30, H01J 9/02// Яфаров Р.К, Яфаров А.Р.; заявитель и патентообладатель: ФГБУН «Институт радиотехники и электроники им. В.А. ^тельникова РАН»- № 2016137063; заявл. 15.09.2016; опубл. 28.04.2018 Бюл. № 13

130. J.M. Bonard. Field emission from single-wall carbon nanotube films [Текст]/ J.M. Bonard, J.P. Salvetat, T. Stöckli, W.A. de Heer, L. Forró, and A. Châtelain// Appl. Phys. Lett. 73, 918 (1998); https:IIdoi.orgI10.10б3I1.122037

131. М.П. Апин, Н.А. Бушуев, Ю.А. Григорьев, и др. Многолучевые электронные пушки с сеточным управлением на основе углеродных наноострийных матричных катодов с полевой эмиссией для перспективных СВЧ ЭВП// Материалы научно-технической конференции «Электронные приборы и устройства СВЧ», Саратов, 2007 С.82-90.

132. Григорьев Ю. А., Шалаев П. Д., Бурцев А. А., Пименов В. Г., Рехен Г. А. Исследование вакуумных автоэмиссионных микродиодов с изменяющимся зазором // Нано микросистемная техника №7(96), 2008 С.47-52.

133. Григорьев Ю. А., Бурцев А. А., Шалаев П. Д., Пименов В. Г. Исследование вакуумных автоэмиссионных катодов с углеродными микронаноструктурами// Вестник Саратовского государственного технического университета №3(35) Выпуск 2, 2008. С.87-94.

134. Григорьева А.С., Ботвин В.В., Шамаев П.П. О термохимическиъх методах обработки алмазов с новых позиций // Наука и техника в Якутии № 1, 2002 С. 3-5.

135. Sohda et al.: Fabrication of arrayed glassy carbon FEsI J. Vac. Sci. Technol. B 15(2), MarIApr 1997 p343-348

136. Microstructuring of glassy carbon: comparison of laser machining and reactive ion etching/ Kuhnke M.; Lippert Th.; Ortelli E.; Scherer G.G.; Wokaun

A.// Thin Solid Films, Volume 453-454, issue (April 1, 2004), p. 36-41.

137. Mering J., Maire J. // J. chim. phys. et de phys. - Chim. boil. - 1960 V.57-№10 P.803-814.

138. Свойства конструкционных материалов на основе углерода / Нагорный

B.Г., Котосонов А.С., Островский В.С. и др., Под ред. Соседова В.П. - М.: Металлургия, 1975. - 336 с.

139. Э.Н. Мармер Углеграфитовые материалы. Справочник. М.-Металлургия, 1973. 135с.

Приложение 1. Акт внедрения результатов диссертационной работы в учебном процессе СГТУ имени Гагарина Ю.А. (г. Саратов)

Приложение 2. Акт внедрения результатов диссертационной работы в НПФ «Прибор-т» СГТУ имени Гагарина Ю.А. (г. Саратов)

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Научно-производственная фирма «Прибор-Т»Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

УТВЕРЖДАЮ Директор НПФ «Прибор-Т» име^и Гагарина Ю.А

Т.Н. Соколова

18 декабря 2019

АКТ

п

О внедрении результатов диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

На тему «Создание микроострийных автоэмиссионных структур для приборов вакуумной электроники с применением комплекса лазерных

технологий»

По направлению «05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника» Выполненную Бессоновым Дмитрием Александровичем

Результаты диссертационной работы Бессонова Д.А. внедрены в разработке технологических процессов лазерной фрезеровки, лазерной резки, лазерной очистки при выполнении хоздоговорных работ по договорам №№ 187, 199, 201,227, 236, 239, 243, АО «НПП «Алмаз» и договору № 228 «Острие» ' АО «НПП «Торий». Использование указанных результатов позволяет повысить качество выполняемых технологических процессов, сформировать комплекс лазерных технологических операций для изготовления матричных, игольчатых и лезвийных автоэмиттеров на основе стеклоуглерода, включающий в себя: скрайбирование, фрезеровку, резку, микроструктурирование и заточку с последующей очисткой, что, в свою очередь, позволит улучшить тактико-технические характеристики приборов, в которых техпроцессы используются, сократить затраты на проведение работ; повысить производительность труда,' повысить уровень подготовки специалистов.

Председатель комиссии к ф-мн

Член комиссии ктн

Сурменко Е.Л. Попов И. А.

Приложение 3. Акт внедрения результатов диссертационной работы в

НПП «Торий» (г. Москва)

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ТОРИЙ»

Обручева ул., д. 52, Москва, Россия, 117393 тел.: [phone], факс: [phone], www.toriy.nj, Е-таП: [e-mail], ОКПО 07615221; ОГРН 1167746089741; ИНН 7728328640

/3 » пек од/к? 201£Г. /кь'ь'б

«УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор 4ПП «Торий» .С. Трофимов

на №

№_от«_»_201 г.

201 г.

2019 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Д. А. Бессонова «Создание микроострийных автоэмиссионных структур для приборов вакуумной электроники с применением комплекса лазерных технологий», представляемой на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Настоящий акт составлен в том, что предлагаемые в диссертационной работе Д.А. Бессонова «Создание микроострийных автоэмиссионных структур для приборов вакуумной электроники с применением комплекса лазерных технологий» разработанные базовые технологии, а также методы и способы изготовления автоэмиссионных катодных матриц с вертикально ориентированными эмиттерами игольчатого типа внедрены на предприятии АО «НПП «Торий» при изготовлении узлов электронных пушек в результате выполнения работы НИР «Автокатод» для Министерства промышленности и торговли (Государственный контракт от 27 марта 2014 г. № 14411.1929999.11.012 и дополнительное соглашение от 28 мая 2014 г. № 1), также внутренней НИР «Автокатод 2017Т».

Научный руководитель НИР «Автокатод», к.т.н. ^ Заместитель генерального директора, директор по научной работе АО «НПП «Торий», д.т.1

*

^А. Н. Дармаев

,.А. Комаров

Приложение 4. Акт внедрения результатов диссертационной работы в

НПП «Алмаз» (г. Саратов)

УТВЕРЖДАЮ Заместите »до

«НПП «А;

об использовании на предприятии результатов кандидатской диссертации Бессонова Дмитрия Александровича на тему: «Созданне мнкроострнйных автоэмиссионных структур для приборов вакуумной электроники с применением комплекса лазерных технологий»

Комиссия в составе:

Председатель: Шалаев Павел Данилович - главный научный сотрудник отдела 112 НПЦ «Электронные системы» АО «НПП «Алмаз».

Члены комиссии: Сахаджи Георгий Владиславович - начальник НПК-12

составили настоящий акт о том, что результаты кандидатской диссертации Бессонова Дмитрия Александровича на тему: «Создание мнкроострнйных автоэмиссионных структур для приборов вакуумной электроники с применением комплекса лазерных технологий» использованы в научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности Научно-производственного центра «Электронные системы» Акционерного общества «Научно-производственное предприятие «Алмаз» (АО «НПП «Алмаз») при выполнении НИОКР, в виде:

1.1ехнологии изготовления автоэмиссионньгх структур методом микроразмерного лазерного фрезерования.

2.Создания острийных автоэмиссионных катодов из углеродных материалов в НИР «Эверс», ОКР «Столб» и НИР «Автокатод - А».

3. Экспериментальных результатов в НИР «Автокатод - А».

Использование результатов диссертации позволили повысить однородность

эмиссии с вершин автоэмиссионных источников электронов для электровакуумных приборов, увеличить производительность и уменьшить себестоимость изготовления автоэмиссионных катодов за счёт исключения из технологического маршрута трудоёмкой технологической операции термохимического травления в среде водорода при высокой температуре и операции ионно-плазменного заострения вершин автоэмиттеров.

Шестеркин Василий Иванович - ведущий научный сотрудник

отдела 112

Г.В. Сахаджи

П.Д. Шалаев

В.И. Шестеркин

Приложение 5. Патент на изобретение № 2658304

Приложение 5. Патент на изобретение № 2656879