Modeling of the Influence of Temperature on the Emission Properties of a Cathode with a Thin Insulating Film in a Glow Gas Discharge and the Discharge Voltage–Current Characteristic

G. G. Bondarenko; Бондаренко Г. Г.; V. I. Kristya; Кристя В. И.; M. R. Fisher; Фишер М. Р.

doi:10.31857/S1028096023010065

Моделирование влияния температуры на эмиссионные свойства катода с тонкой диэлектрической пленкой в тлеющем газовом разряде и вольт-амперную характеристику разряда

Авторы: Бондаренко Г.Г.¹, Кристя В.И.², Фишер М.Р.²
Учреждения:
1. Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
2. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал
Выпуск: № 1 (2023)
Страницы: 92-98
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/1028-0960/article/view/137665
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023010065
EDN: https://elibrary.ru/BKPCCE
ID: 137665

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Сформулирована модель тлеющего газового разряда при наличии на катоде тонкой диэлектрической пленки. В ней принимается во внимание, что при протекании разрядного тока вследствие бомбардировки катода ионами на пленке накапливаются положительные заряды, создающие в ней сильное электрическое поле. В результате начинается полевая эмиссия электронов из металлической подложки катода в диэлектрик, которая при повышении его температуры переходит в термополевую эмиссию. Электроны двигаются в пленке, ускоряясь электрическим полем и тормозясь при столкновениях с фононами, и часть из них выходит из пленки в разряд, увеличивая эффективный коэффициент ионно-электронной эмиссии катода. Напряженность электрического поля в пленке находится из условия равенства плотности разрядного тока и плотности эмиссионного тока из подложки катода в пленку. Рассчитаны зависимости эмиссионной эффективности пленки, эффективного коэффициента ионно-электронной эмиссии катода и характеристик разряда от температуры катода. Показано, что уже при температуре, превышающей комнатную на несколько сотен градусов, термическое усиление полевой электронной эмиссии из металлической подложки в пленку может оказывать заметное влияние на эмиссионные свойства катода и вольт-амперную характеристику разряда.

Ключевые слова

тлеющий газовый разряд, катодное падение напряжения, диэлектрическая пленка, ионно-электронная эмиссия, полевая электронная эмиссия, термополевая электронная эмиссия, эмиссионная эффективность пленки, эффективный коэффициент электронной эмиссии катода, вольт-амперная характеристика разряда.

Список литературы

Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: ИД “Интеллект”, 2009. 736 с.
Кудрявцев А.А., Смирнов А.С., Цендин Л.Д. Физика тлеющего разряда. С.-Пб.: Лань, 2010. 512 с.
Byszewski W.W., Li Y.M., Budinger A.B., Gregor P.D. // Plasma Sources Sci. Technol. 1996. V. 5. № 4. P. 720. https://www.doi.org./10.1088/0963-0252/5/4/014
Hadrath S., Beck M., Garner R.C., Lieder G., Ehlbeck J. // J. Phys. D. 2007. V. 40. № 1. P. 163. https://www.doi.org./10.1088/0022-3727/40/1/009
Murphy E.L., Good R.H. // Phys. Rev. 1956. V. 102. № 6. P. 1464. https://doi.org./10.1103/PhysRev.102.1464
Modinos A. Field, Thermionic, and Secondary Electron Emission Spectroscopy. N.Y.: Springer Science, 1984. 376 p.
Ptitsin V.E. // J. Phys.: Conf. Ser. 2011. V. 291. P. 012019. https://www.doi.org./10.1088/1742-6596/291/1/012019
Radmilović-Radjenović M., Radjenović B. // Plasma Sources Sci. Technol. 2008. V. 17. № 2. P. 024005. https://www.doi.org./10.1088/0963-0252/17/2/024005
Venkattraman A. // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. № 19. P. 194101. https://www.doi.org./10.1063/1.4876606
Haase J.R., Go D.B. // // J. Phys. D. 2016. V. 49. № 5. P. 055206. https://www.doi.org./10.1088/0022-3727/49/5/055206
Benilov M.S., Benilova L.G. // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. № 6. 063307. https://www.doi.org./10.1063/1.4818325
Riedel M., Düsterhöft H., Nagel F. // Vacuum. 2001. V. 61. № 2–4. P. 169. https://www.doi.org./10.1016/S0042-207X(01)00112-9
Bondarenko G.G., Fisher M.R., Kristya V.I., Prassitski V.V. // Vacuum. 2004. V. 73. P. 155. https://www.doi.org./10.1016/j.vacuum.2003.12.004
Hadrath S., Ehlbeck J., Lieder G., Sigeneger F. // J. Phys. D. 2005. V. 38. № 17. P. 3285. https://www.doi.org./10.1088/0022-3727/38/17/S33
Suzuki M., Sagawa M., Kusunoki T., Nishimura E., Ikeda M., Tsuji K. // IEEE Trans. Electron Devices. 2012. V. 59. № 8. P. 2256. https://www.doi.org./10.1109/TED.2012.2197625
Bondarenko G.G., Fisher M.R., Kristya V.I. // Vacuum. 2016. V. 129. P. 188. https://www.doi.org./10.1016/j.vacuum.2016.01.008
Doughty D.K., Den Hartog E.A., Lawler J.E. // Appl. Phys. Lett. 1985. V. 46. № 4. P. 352. https://www.doi.org./10.1063/1.95628
Jensen K.L. // J. Appl. Phys. 2007. V. 102. № 2. P. 024911. https://www.doi.org./10.1063/1.2752122
Dionne M., Coulombe S., Meunier J.-L. // J. Phys. D. 2008. V. 41. № 24. P. 245304. https://www.doi.org./10.1088/0022-3727/41/24/245304
Егоров Н.В., Шешин Е.П. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2017. № 3. С. 5. https://www.doi.org./10.7868/S0207352817030088
Holgate J.T., Coppins M. // Phys. Rev. Appl. 2017. V. 7. № 4. P. 044019. https://www.doi.org./10.1103/PhysRevApplied.7.044019
Jensen K.L. // J. Appl. Phys. 2019. V. 126. № 6. P. 065302. https://doi.org/10.1063/1.5109676
Bondarenko G.G., Kristya V.I., Savichkin D.O. // Vacuum. 2018. V. 149. P. 114. https://www.doi.org./10.1016/j.vacuum.2017.12.028
Кристя В.И., Мьо Ти Ха, Фишер М.Р. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. №. 6. С. 846. https://www.doi.org./10.31857/S0367676520060149
Phelps A.V., Petrović Z.Lj. // Plasma Sources Sci. Technol. 1999. V. 8. № 3. P. R21. https://www.doi.org./10.1088/0963-0252/8/3/201
Forbes R.G. // Solid-State Electronics. 2001. V. 45. № 6. P. 779. https://www.doi.org./10.1016/S0038-1101(00)00208-2
Rumbach P., Go D.B. // J. Appl. Phys. 2012. V. 112. № 10. P. 103302. https://www.doi.org./10.1063/1.4764344
Бондаренко Г.Г., Фишер М.Р., Мьо Ти Ха, Кристя В.И. // Изв. вузов. Физика. 2019. Т. 62. № 1. С. 72.
Kusunoki T., Sagawa M., Suzuki M., Ishizaka A., Tsuji K. // IEEE Trans. Electron Devices. 2002. V. 49. № 6. P. 1059. https://www.doi.org./10.1109/TED.2002.1003743
Bondarenko G.G., Fisher M.R., Kristya V.I., Bondariev V. // High Temp. Material Proc. 2022. V. 26. № 1. P. 17. https://www.doi.org./10.1615/HighTempMatProc. 2021041820
Кристя В.И., Мьо Ти Ха // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2020. № 5. С. 63. https://www.doi.org./10.31857/S1028096020030103
Arkhipenko V.I., Kirillov A.A., Safronau Y.A., Simonchik L.V., Zgirouski S.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2009. V. 18. № 4. P. 045013. https://www.doi.org./10.1088/0963-0252/18/4/045013
Кристя В.И., Фишер М.Р. // Изв. РАН. Сер. физ. 2012. Т. 76. № 5. С. 673.
Кристя В.И., Йе Наинг Тун // Изв. РАН. Сер. физ. 2014. Т. 78. № 6. С. 752. https://www.doi.org./10.7868/S0367676514060179
Крютченко О.Н., Маннанов А.Ф., Носов А.А., Степанов В.А., Чиркин М.В. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1994. № 6. С. 93.
Forbes R.G. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. № 11. P. 113122. https://www.doi.org./10.1063/1.2354582
Зыкова Е.В., Кучеренко Е.Т., Айвазов В.Я. // Радиотехника и электроника. 1979. Т. 24. № 7. С. 1464.
Rózsa K., Gallagher A., Donkó Z. // Phys. Rev. E. 1995. V. 52. № 1. P. 913. https://www.doi.org./10.1103/PhysRevE.52.913