Экспериментальная установка
Схема экспериментальной установки для автоэмиссионных измерений представлена на рисунке 8. Основной частью установки является автоэмиссионный микроскоп, изготовленный из так называемого молибденового стекла (3С-5). Острие (катод – 3) изготавливается электролитическим травлением в 3% водном растворе щелочи NаOH и КОН вольфрамовой проволоки, приваренной точечной сваркой к вольфрамовой дужке 2. Радиусы острий, как правило, составляют 0.2 ÷ 0.5 мкм. Ножка с изготовленным острием заваривается горелкой в автоэмиссионный микроскоп и весь прибор припаивается вакуумному посту.
1 – вводы из молибденовой проволоки диаметром 1 – 2 мм;
2 – вольфрамовая дужка;
3 – вольфрамовое острие;
4 – колба автоэмиссионного микроскопа из стекла типа 3С - 5;
5 – молибденовый ввод (анод);
6 – проводящий слой (окись свинца;
7 – люминофор;
А – амперметр;
µА – микроамперметр;
кV – киловольтметр С - 96;
УПУ – 1 – высоковольтный выпрямитель;
I – лабораторный трансформатор;
II – понижающий трансформатор
Рисунок 8 – Схема экспериментальной установки
Получение и сохранение на время проведения эксперимента атомарно чистой поверхности представляют очень высокие требования к вакууму в экспериментальных приборах. С этой целью во время откачки прибор прогреваю до 450°С непрерывно в течение 3 ÷ 4-х суток. (При повторной откачке время отжига существенно уменьшается.) После прогрева всех металлических деталей микроскопа до максимально возможных температур прибор отпаивается от вакуумной установки при вакууме не хуже 5·10-8 мм. рт. ст. Дальнейшее улучшение вакуума осуществляется геттерами (газопоглотители – Ва, Тi, Мо, Сs и др.). Распыление материала геттеров может осуществляться нагревом током, токами высокой частоты или пучком электронов.
Конструкция геттера, разработанная автором данного описания, представлена на рисунке 9. С нагреваемого током катода 1 электроны ускоряются к аноду 5 (Та + Мо навеска) напряжением (800 ÷ 1000) В. Нагревается только навеска 5 и частично вольфрамовая проволочка 2. Экран из молибдена или тантала имеет потенциал катода, поэтому электроны не попадают на него. Потребляемая мощность в рабочем состоянии геттера всего 3 ÷ 4 Вт. Такой тип катода отличается большой долговечностью я надежностью. Парциальное давление активных газов (О2, СО, СО3, N2 и др.) в микроскопе составляет порядка 10-1 ÷ 10-12 мм. рт. ст.
1 – – катод диаметром 0.1 мм;
2 – – анод диаметром 0.25 мм;
3 – стеклянный патрубок для присоединения к микроскопу;
4 – Мо – заслонка;
5 – навеска из титанированного молибдена;
6 – стеклянный баллон;
7, 7а – Мо – вводы для катода и анода соответственно
Рисунок 9 – Электрическая схема питания геттера
Концы острий рисунок 8, образующиеся после электрохимического травления имеют гладкую, примерно полусферическую, ферму. Однако, для обезгаживания острия и придания его форме стабильности необходима прокалка в высоком вакууме при температуре, близкой к температуре плавления, что достигается пропусканием электрического тока через дужку 2, см. рисунок 8. Окончательный вид катода представляет собой чистое монокристаллическое острие с округлением на конце. Основным физическим процессом, определяющим форму острия при термической обработке, является миграция поверхностных атомов, т.е. их перемещение под действием нагрева на места, которые они занимают в энергетически более выгодном месте (Закон минимума потенциальной энергии). У вольфрама заметная миграция атомов начинается при 1100 К.
Поверхностная миграция при наличии электрического поля из-за поляризации атомов протекает совершенно иначе, чем без поля. По началу изменения эмиссионной картины при наличии поля можно судить о начале поверхностной миграции.
Отметим тот факт, что окончательная форма, которую принимает эмиттер, вследствие поверхностной миграции не соответствует равновесной форме, даваемой теорией. Вообще говоря, равновесной формой, которую при нагревании должны принимать небольшие монокристаллы под действием сил поверхностного натяжения, является многогранник, содержащий явно выраженные грани, ребра и углы. Образование в данном случае сферы, а не многогранника, объясняется сглаживанием вследствие миграции атомов и испарением атомов с острых вершин и ребер.
Для идентификации эмиссионных изображений используются стереографические проекции главных кристаллографических направлений (рисунок 5).
Для измерения автоэмиссионного тока используется гальванометр М-95 или усилитель постоянного тока типа У5-9. Для измерения анодного напряжения используется киловольтметр электростатической системы С-96.
Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 391 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|