автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Поверхностные процессы в современных термоэмиссионных катодах

На правах рукописи

Маркин Сергей Николаевич

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СОВРЕМЕННЫХ ТЕРМОЭМИССИОННЫХ КАТОДАХ

Специальность: 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные

компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва 2006

Работа выполнена на кафедре «Технология материалов электроники» факультета полупроводниковых материалов и приборов Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАЕН Геннадий Дмитриевич Кузнецов

Консультант:

доктор технических наук,

профессор Вадим Георгиевич Глебовский

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

вед. научн. сотр. ИФТТ РАН Гаспаров Виталий Агасиевич

кандидат технических наук, ст. науч. сотр. института физики металлов УрО РАН Белозёров Евгений Вячеславович

Ведущая организация: научно-производственное предприятие ФГУП НШ1

«Исток» (г. Фрязино)

Защита состоится "21 " декабря 2006 г. в 17 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.132.06 при Московском государственном институте стали и сплавов по адресу: 119049, Москва, В - 49, Крымский Вал, д. 3, ауд. К-421.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов.

Автореферат разослан " " 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета: доктор физико-математических

наук, профессор Гераськин В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена исследованию комплекса приповерхностных процессов в современных термоэмиссионных катодах на основе импрегнированной барием вольфрамовой матрицы. Стабильный поток электронов высокой плотности, испускаемый таким катодом, нашел применение в современной аппаратуре, где основным критерием являются высокая мощность и постоянство электронного пучка.

Источник эмиссии электронов - это присутствующий на разогретой до ~1000°С поверхности катода электроположительный дипольный комплекс ВахО|.„ с низкой работой выхода (~2 эВ). Постоянство состава комплекса определяет эмиссионные характеристики катода.

Работа катодов происходит в высоком вакууме. Тонкий слой комплекса Ва-О может быть легко удален с поверхности посредством термического испарения или же под воздействием прямого ионного потока, ионизированных атомов остаточных газов. Восстановление рабочих характеристик катода возможно при условии достаточно высокой скорости диффузии компонентов активного слоя через поры катодной матрицы.

Более чувствительным к ионной бомбардировке являются катоды, имеющие на поверхности бариево - скандатный комплекс. Несмотря на их экстремально высокие эмиссионные показатели (плотность тока

—400 А-см"2), широкое применение таких катодов затруднено, поскольку малейшее изменение состава поверхности влечет стремительное падение плотности эмиссии без возможности ее восстановления.

На данный момент известны результаты исследований в данной области, но сфокусированы они только на изучении влияния ионной бомбардировки на эмиссионные свойства катодов [1]. На основании этих исследований были сделаны косвенные выводы об изменении состава поверхности катода.

Отличительной особенностью настоящей работы является моделирование поверхностных процессов на простейших системах, с их подробным аналитическим описанием, а также совмещение двух типов анализа — количественного

определения состава поверхности и одновременного измерения эмиссионных характеристик в процессе ионной бомбардировки поверхности дисперсного катода.

Это позволило пересмотреть традиционное утверждение, что процессы истощения и пополнения поверхности катода барием определяют его поведение в процессе ионной бомбардировки. В реальности же, при достаточном количестве Ва в приповерхностном слое, скорость истощения и пополнения поверхности кислородом определяет концентрацию на ней дипольного комплекса Ва-0 в целом, а соответственно задает плотность электронной эмиссии.

Детальное изучение комплекса динамических процессов, происходящих на поверхности и в объеме катода; определение поверхностной и объемной (через поры матрицы) скорости диффузии активных компонентов; выявление их оптимальных концентраций; введение дополнительного, защитного слоя, препятствующего истощению дипольного комплекса на поверхности — всё это позволяет усовершенствовать термоэмисиионные дисперсные катоды.

Рассмотрению обозначенного спектра вопросов и посвящена настоящая работа. Следует отметить, что ранее вышеперечисленные задачи комплексно не исследовались.

Целью диссертационной работы является установление закономерностей динамических процессов, происходящих в объеме и на поверхности термоэмиссионного катода.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Получение атомарно-чистых поверхностей монокристаллов тугоплавких металлов особой чистоты, используемых для моделирования основных поверхностных процессов в реальных катодах.

2. Апробация метода рассеяния медленных ионов (РМИ) и выявление основных закономерностей взаимодействия ионов с поверхностью твердого тела.

3. Определение влияния работы выхода поверхности XV, изменяемой посредством напыления слоя Ва, на характер рассеяния медленных ионов.

4. Анализ методом рассеяния медленных ионов термоэмиссионных дисперсных катодов на основе трех различных систем, состоящих из матрицы W, импрегнированной Re, 1г и Os-Ru.

5. Изучение влияния процессов отравления и ионной бомбардировки на эмиссионные характеристики термоэмиссионных дисперсных катодов.

Научная новизна:

1. Использование образцов тугоплавких металлов (W, Mo, Та, Nb) с чистотой ~99,999% с моно- и бикристаллическими поверхностями различной ориентации позволяет с большей достоверностью анализировать и моделировать поверхностные процессы в термоэмиссионных катодах.

2. При исследовании поверхности бикристаллов Mo и W впервые обнаружена чувствительность метода РМИ к кристаллографически различно ориентированным поверхностям зерен, проявляющаяся в различной интенсивности сигналов обратнорассеиваемых ионов гелия. Проведено тщательное исследование влияния кристаллографии поверхности монокристаллов Mo и W на сигнал. Для каждой кристаллографической поверхности монокристаллов Mo и W выявлены характерные спектры.

3. Впервые установлено влияние работы выхода поверхности монокристалла W, изменяемой нанесением адатомов О и Ва, на характер нейтрализации ионов инертных газов малых энергий. Выявлено, что основными процессами для всех поверхностей с разной работой выхода являются ударная и Оже нейтрализация, а для поверхностей, покрытых слоем Ва, доминирующим процессом является ударная нейтрализация.

4. При исследовании термоэмиссионных дисперсных катодов на основе матрицы W, импрегнированной Re, 1г и Os-Ru, было установлено, что низкая работа выхода обеспечивается присутствием на поверхности дипольного комплекса Ва-О. Впервые при помощи метода РМИ показано, что в рабочем режиме атом Ва оказывается всегда связанным с атомом О, в результате чего отношение концентраций этих элементов на поверхности практически равно единице.

5. Впервые обнаружено, что основную роль в процессе активного сопротивления катода разрушающему воздействию ионного облучения играет концентрация на поверхности кислорода, так как сегрегация, а значит и восстановление нарушенного слоя бария, возможны только при наличии несвязанных атомов кислорода.

6. Впервые установлена зависимость времени наработки термоэмиссионного катода от пористости его вольфрамовой губки. Определено значение оптимальной пористости, а также предложены технологические решения по ее оптимизации.

Практическая ценность

Полученные результаты позволили сформулировать рекомендации и определить пути оптимизации эмиссионных характеристик термоэмиссионных дисперсных катодов. Результаты работы также могут быть использованы для более точного анализа концентрации элементов на поверхности твердых тел методом рассеяния медленных ионов.

Научные положения, выносимые на защиту:

- характер рассеяния ионов гелия малых энергий поверхностями тугоплавких металлов (\У, Мо, Та, №>) определяется их кристаллографической ориентировкой;

- регистрация спектра рассеивания ионов малых энергий позволяет выявить особенности строения бикристаллических поверхностей тугоплавких металлов;

- экспериментальное и теоретическое обоснование влияния работы выхода поверхности на эффективность нейтрализации ионов инертных газов малых энергий;

- применение на практике аналитического метода характеристической скорости для анализа поверхностей с малой работой выхода позволяет определять динамику поверхностных и объемных процессов сорбции и диффузии элементов, ответственных за работу выхода электрона с поверхности катода;

- деградация параметров (отравление) бариевого катода связана с недостаточной концентрацией О на его поверхности, а уменьшение деградации — с присутствием Ва-О дипольного комплекса.

конструктивно-технологические решения по увеличению минимальной наработки катодов и приборов СВЧ, повышение их эксплуатационной надежности.

Апробация результатов:

Результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

- XV международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, 2001);

- бельгийско-голландском симпозиуме по вакуумным процессам ЫЕУАСОАО (Эйндховен/Голландия, 2001);

- XVI международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, 2003);

- XI европейской конференции по применению анализа поверхности и границ раздела (Вена/Австрия, 2005);

- 55 национальной австрийской конференции по физике (Вена/Австрия, 2005);

- XVII международной конференции по ионно-лучевому анализу (Севилья/Испания, 2005);

- XVI международном семинаре по металлургии новых порошковых материалов РЬАЫЗЕЕ 2005 (Ройте/Австрия, 2005);

- XVII международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, 2005);

- IV международной конференции по фазовым превращениям и прочности кристаллов (Черноголовка, 2006);

- XV международной конференции по высокочистым материалам функционального назначения (Суздаль, 2006).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Работа изложена на 163 страницах, в 67 рисунках, 5 таблицах и содержит список цитированной литературы из 172 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы общая цель и задачи работы. Раскрыта научная и практическая ценность работы, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируется современное состояние вопроса исследования поверхностей термоэмиссионных катодов. Приводятся данные различных авторов по изучению влияния внешних воздействий на эмиссионные характеристики катодов. Показаны возможности современных методов в исследовании свойств поверхности катодов. Часть главы посвящена использованию метода рассеяния медленных ионов для исследования свойств поверхности различных материалов. Приводятся современные взгляды, особенности метода и последние достижения в данной области.

Во второй главе рассматриваются методы выращивания монокристаллов тугоплавких металлов, основные способы характеризации полученных из них образцов, а также методы исследования свойств поверхности.

Монокристаллы тугоплавких металлов выращивались методом электроннолучевой зонной плавки. Структурный и элементный анализ монокристаллов проводили с помощью комплекса методик. Были применены традиционные микроскопические методики (оптические и электронные микроскопы) контроля качества поверхности, а также методы, использующие в качестве вспомогательного инструмента рентгеновские лучи, при помощи которых возможно выявление структуры поверхности и ее состава (метод Лауэ, метод рентгеновской дифракционной микроскопии, методы рентгеновской топографии и кривых качания). Для исследования кристаллографической структуры поверхности монокристаллических образцов использовали метод дифракции медленных электронов (ДМЭ). Методы искровой масс-спектрометрии,

нейтронной и дейтронной активации, Оже-электронной спектроскопии и рассеяния медленных ионов позволили в значительной степени точности определить элементный состав образцов в объеме и на поверхности.

В третьей главе показана техника приготовления образцов монокристаллов Мо, Wc простейшими кристаллографическими индексами в качестве эталонных систем для последующего исследования свойств поверхности методом РМИ. Приводятся результаты РМИ анализа по влиянию ориентировки поверхности моно- и бикристаллов W и Мо на сигнал обратнорассеянных ионов.

Выращивание монокристаллов производили методом электронно-лучевой зонной плавки (ЭЛЗП) с плавающей зоной. Кристаллографическое совершенство монокристаллов зависит от качества затравочных кристаллов и от скорости прохода жидкой зоны. Оптимальная скорость роста составила 8,5-10"6 м с"1, при которой блочность и плотность дислокаций минимальны. Основные характеристики полученных кристаллов на примере Мо показаны на рисунке 1 и в таблице 1.

у.*>у рШЩ

I tímm

í-ife t

1«.

•л" ■ J топ.

Mo(lll) Мо(100) Мо(110)

Рис. 1. Результаты рентгено-структурного (а) и топографического (б) анализа

монокристаллов Мо [2].

Таблица- 1. Содержание примесей в объеме монокристаллов (ррш), определенное методами искровой масс-спектрометрии и нейтронно-активационного анализа.

О С N н 81 А1 к Са N3 р в

<0,5 <0,5 <0,6 <1,0 <0,3 <0,1 <0,1 <0,1 <0,01 <0,03 <0,1

Мп гчь Та Ие V Ре N1 Со Сг Си РЬ

<0,03 <0,3 <0,1 <0,1 <0,03 <0,03 <0,03 <0,3 <0,03 <0,03 <0,1

Метод РМИ использовался для исследования влияния кристаллографической ориентации чистых монокристаллических поверхностей на интенсивность сигнала обратнорассеянных ионов [3]. Энергетический спектр ионов, рассеянных под углом 136°, представлял собой масс-спектр элементов поверхности исследуемого образца. Особенностью метода является прямая зависимость интенсивности сигнала от поверхностной плотности атомов исследуемого элемента. Результаты анализа поверхностей атомарно-чистых монокристаллов \У и Мо, с разной поверхностной ориентировкой, представлены на рисунке 2.

<0 с 100 ■■•■■Мо

р » УУ

X и л 90 110 .

о X со X и 80 112

а> Ё X 70 111

Г 100

к к X л с а> £ О О £ о 60 50 40

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Поверхностная плотность атомов (х1013 см*3)

Рис. 2. Сравнение экспериментально полученных интенсивностей сигналов обратнорассеянных ионов от монокристаллических поверхностей Мо и имеющих различную ориентировку атомов, с расчетными интенсивностями, основанными на прямопропорциональной зависимости РМИ от плотности атомов на поверхности.

Интенсивности сигналов нормализованы на интенсивность сигнала от поверхности, имеющей плотную упаковку атомов (110). Ожидаемые интенсивности сигналов в случае, если вклад прямо пропорционален плотности поверхностного слоя атомов, представлены на графике прямой линией. Экспериментальные данные не подчиняются прямопропорциональной зависимости. Это не так заметно для поверхности со структурой (100), где отклонение составляет всего 4-7,5%. Поверхности с ориентировкой атомов (111), а также (112) имеют уже значительные отклонения. Данный эффект объясняется вкладом более глубоких атомных слоев в процесс рассеяния ионов, в результате чего, «видимое» число атомов увеличивается.

Вклады в сигнал каждого из атомных уровней определяли посредством компьютерного моделирования процесса упругого рассеяния ионов при помощи программы SISS-92 [4], которая базируется на расчете геометрии рассеяния ионного пучка в зависимости от структуры поверхности без учета эффекта нейтрализации. Вклад от более глубоких слоев увеличивается с ростом открытости поверхности.

Высокие ионные дозы могут приводить к распылению поверхности, которое вызывает изменение сигнала обратнорассеянных ионов в результате образования неровностей и беспорядка на атомном уровне. Наибольшее падение интенсивности зафиксировано для плотноупакованных поверхностей Мо(110) и W(110). Причем поверхность Мо по сравнению с W более чувствительна к ионной бомбардировке. Установлено, что открытые поверхности менее подвержены ионному воздействию, поскольку удаление верхнего атомного слоя делает более открытыми их нижние атомные слои.

Высокотемпературный отжиг приводит к восстановлению разрушенной поверхности за счет увеличения подвижности атомов в решетке. Восстановление поверхностей с ориентировкой (112) происходит в интервале 675 - 775°С, (110) -в интервале 675 - 900°С, (111) - в интервале 775 - 900°С, а (100) - в интервале 900 - 1000°С. Полная рекристаллизация дефектов возможна лишь при температуре -2000 - 2500°С.

Сканирование поверхности бикристаллов Мо(110)/Мо(100) и W(110)AV(112) узким пучком ионов диаметром 25 мкм выявило различие в интенсивности сигналов между двумя зернами [5], что согласуется с экспериментами на монокристаллических образцах.

В четвертой главе приведены результаты сравнительного анализа состава поверхности эталонных систем с малой работой выхода и реальных поверхностей термоэмиссионных катодов с применением специфики метода РМИ.

Применение метода характеристической скорости vc для количественного анализа состава поверхностей с малой работой выхода посредством РМИ обычно приводит к "получению завышенной величины поверхностной концентрации атомов. Интенсивность сигнала А напрямую зависит от концентрации элемента поверхности ns и вероятности иона сохранить свое зарядовое состояние Р+ [6], которая определяется экспоненциальной функцией частного (v</v^) [7]. Возникновение дополнительного механизма резонансной нейтрализации делает характеристические скорости не постоянными, а зависимыми от ионных скоростей, что и приводит к искажению информации о концентрации атомов на поверхности. Правильная коррекция характеристических скоростей позволяет избежать возникновения ошибок при количественном анализе поверхностей с малыми работами выхода (рис. 3).

Первоначальная энергия (кэВ) 100 20 10 5 4 3 2

Рис. 3. Характеристическая ионная скорость в зависимости от толщины пленки Ва. Наклон линий представляет собой характеристическую скорость.

Пунктирная линия дает гипотетическое представление об экспериментальных данных при отсутствии резонансной нейтрализации для 6Ва=0,18 ML (<р=2,8 эВ).

Для поверхностей с работой выхода выше порогового значения, ниже которого возникает резонансная нейтрализация, метод характеристической скорости дает достаточно корректную величину поверхностной концентрации исследуемого элемента. Применение данного метода возможно для различных комбинаций ион-атом, когда известны работа выхода поверхности и скорость иона.

Результаты количественного анализа концентрации элементов поверхности зависят от относительного вклада резонансной нейтрализации в общую картину процессов ионной нейтрализации. Вклад резонансной нейтрализации определяется только типом используемых ионов и величиной работы выхода исследуемой поверхности. Другие механизмы нейтрализации, например Оже и ударная нейтрализация, сильно зависят от комбинации ион-атом [8,9,10]. Как правило, чем больше характеристическая скорость системы с высокой работой выхода (резонансная нейтрализация отсутствует), тем меньше влияние резонансной нейтрализации на результаты количественного анализа при малых работах выхода.

Поверхностный анализ термоэмиссионных дисперсных катодов на основе W, Re, Ir и Os-Ru показал, что комплекс Ва-О, способствующий снижению работы выхода, присутствует на всех катодах в одинаковой форме. При рабочей температуре атомы Ва могут существовать только связанными с атомами О, причем располагаются над последними. В результате отношение Ва/О равняется единице.

Работа выхода поверхности катода определяется работой выхода катодной матрицы и толщиной активного слоя, которая во время работы катода зависит от числа и ориентировки свободных ¿/-орбиталей дипольного комплекса Ва-О. Если связь между атомами слабая, то электростатическое отталкивание между диполями Ва-О приводит к десорбции активного комплекса, что ведет к снижению толщины слоя и увеличению работы выхода. Сила связи между

атомами и поверхностная концентрация диполей Ва-О увеличивается, начиная с W матрицы и кончая Os-Ru катодом (рис. 4). Увеличение плотности активного слоя понижает работу выхода поверхности катода.

Работа выхода (эВ)

Рис. 4. Эмиссионные характеристики и плотность Ва на различных катодах, определенная методом РМИ, в зависимости от работы выхода их поверхностей.

Предел эмиссионной способности катода можно определить по результатам исследования на модельных системах. Адсорбция бария и кислорода на подложку при оптимальных условиях может уменьшить работу выхода всей системы до (р = 1,8 эВ, соответственно, плотность эмиссии \У катода может быть увеличена на порядок.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований и моделирования поверхностных процессов дисперсных катодов во время ионной бомбардировки, непосредственно влияющих на толщину активного слоя и на эмиссионные характеристики катодов.

Полученные результаты свидетельствуют о критической роли О в составе поверхности термоэмиссионного дисперсного катода. Большинство исследований, представленных в публикациях, были сфокусированы на роли Ва и недооценивали роль О в поверхностных процессах. Однако атомы Ва могут покрывать поверхность катода только в случае, если на ней уже присутствует О.

Во время работы катода при наличии или отсутствии ионной бомбардировки отношение Ва/О практически равно 1. Таким образом, толщина активного слоя во время ионной бомбардировки полностью определяется скоростями распыления и пополнения О при условии достаточной скорости поступления атомов Ва из пор катодной матрицы.

В случае ионной бомбардировки поверхностные атомы Ва выполняют защитную функцию атомов О, расположенных непосредственно под ними. Для того чтобы удалить с поверхности атом О, цепочка ионных соударений должна быть построена таким образом, что при удалении атома Ва первым ионом, второй ион должен достигнуть того же самого места за время, меньшее, чем необходимо для восполнения удаленного атома Ва посредством его диффузии из пор катодной матрицы. Вероятность удаления атома О с поверхности определяется, таким образом, интенсивностью ионного потока, который устанавливает вероятность попадания ионов дважды в одно и то же место, а также температурой поверхности, задающей скорость диффузии атомов Ва.

Каждый атом О, удаленный с поверхности, восстанавливается посредством диффузии из пор.Таким образом, диффузия О происходит не в форме готового комплекса ВаО, как было показано в большинстве ранних исследований, а посредством диффузии индивидуальных атомов. Не смотря на то что поверхностная диффузия О происходит достаточно быстро, скорость пополнения О ограничена формированием свободных атомов О в порах матрицы. Сопротивляемость катодной поверхности ионной бомбардировке определяется, таким образом, скоростью пополнения О. В самом деле, катоды с равномерно гранулированной матрицей демонстрируют улучшенные характеристики за счет меньших диффузионных расстояний [11,12]. Убедительное подтверждение значимости пополнения О было выявлено в результате эксперимента с ионной бомбардировкой поверхности дисперсного катода в атмосфере 02 (рис. 5). За счет увеличения скорости пополнения О извне, значительно возросла сопротивляемость поверхности ионной бомбардировке, а также толщина активного слоя.

Рис. 5. Ионная бомбардировка поверхности дисперсного катода в атмосфере УВВ (темные точки) и в атмосфере О2 (светлые точки) при ионном токе Р = 2-Ю13 ион-см"2-с"' и температуре катода 920°С. Парциальное давление 02 составляло 1-10',г и 5-10"9 мбар, соответственно. Кривыми показаны результаты моделирования, штриховая линия отображает ситуацию бесконечно быстрого пополнения поверхности О.

Скорость пополнения О является важным параметром не только для поддержания постоянной толщины активного слоя, но и косвенно влияет на скорость разрушения поверхности посредством ионной бомбардировки. Слой комплекса Ва-О предохраняет поверхность от ионного воздействия, причем фактор защиты, в первом приближении, пропорционален толщине покрытия (рис. 6).

Рис. 6. Фактор защиты, толщина активного слоя Ва-О и эффективность защиты в зависимости от интенсивности ионного потока.

Эффективность защиты поверхности катода слоем активного комплекса является критическим параметром для катодов, имеющих на поверхности буферный слой дополнительных элементов, улучшающих его рабочие характеристики, поскольку разрушение буферного слоя приводит к невосполнимой деградации величины электронной эмиссии. Значение защитной функции наиболее важно для скандатных катодов, имеющих в буферном слое Ва-Бс комплекс, так как, несмотря на их исключительно высокие показатели электронной эмиссии (~400 А'см"2), массовое использование таких катодов ограничено слабой сопротивляемостью ионной бомбардировке. Процесс восстановления атомов 5с в скандатном катоде отсутствует. Поэтому при распылении активного слоя Ва-О эмиссионные характеристики катода резко падают.

На основе выполненных исследований предполагается повысить защитные свойства поверхности скандатных катодов за счет увеличения скорости пополнения поверхности кислородом таким образом, чтобы буферный слой оказался недоступным для бомбардирующих поверхность ионов. Более детальные выводы о роли активного комплекса в процессе пополнения кислорода можно будет сделать, проведя дополнительные исследования по разработанной методике на других скандатных катодах.

В результате исследования узлов современных СВЧ-клистронов методами электронной Оже-спектроскопии, выявлена неоднородность состава напылений с наличием на них чередующихся диэлектрических и проводящих участков, а также наличие «запорных» слоев на поверхности и на внутренних границах, окисление, структурные и химические изменения в каркасе МПК, активном слое и пленке Об с образованием конгломератов и многокомпонентных фаз. Все это является основной причиной трудного токопрохождения (зарядки, генерации и пробойных явлений) и падения эмиссии катода вследствие переноса примесей на катод.

Приводятся результаты по исследованию воздействия различных газов на эффективность работы катода. Отмечено, что водородная среда в ЭВП ускоряет процессы массопереноса примесей и активирования катода, а присутствие

кислорода в рабочей камере улучшает накальные характеристики МПК со значительным временем наработки.

Сравниваются эмиссионные характеристики катодов, матрицы которых изготовлены из различных основ. Показано, что применение вольфрамового порошка марки ВА более выгодно, по сравнению с маркой ВЧДК, так как ведет к снижению рабочей температуры, позволяет стабилизировать эмиссию и повысить время минимальной наработки многолучевых СВЧ-приборов О-типа в два-три раза.

ВЫВОДЫ

1. Для моделирования поверхностных процессов промышленных термоэмиссионных катодов получены высокочистые (-99,999%) моно- и бикристаллические поверхности тугоплавких металлов (W, Мо, Nb и Та). Проведен кристаллографический и элементный анализ состава поверхностей полученных монокристаллических образцов.

2. Проведен анализ структуры и состава поверхности монокристаллов тугоплавких металлов методом РМИ. Установлено, что различные кристаллографические поверхности вносят различный вклад в сигнал обратнорассеянных ионов. Длительная бомбардировка монокристаллических поверхностей ионами аргона с энергией 3 кэВ приводит к разупорядочиванию атомной структуры. Больший эффект наблюдается для поверхностей с плотной упаковкой атомов. Восстановление разрушенной поверхности (112) молибдена начинается при отжиге уже при 680°С, а поверхности (100) - только при 900°С. Длительный отжиг поверхности (100) при 1100°С приводит к избирательной сегрегации углерода.

3. Адсорбция атомов кислорода и бария на поверхност монокристалла вольфрама W(110) позволила уменьшить работу выхода до 1,8 эВ. При малых работах выхода обнаружено появление дополнительного механизма нейтрализации ионов инертных газов — резонансная нейтрализация. Найден

способ коррекции экспериментальных данных по количественному анализу элементного состава поверхности на величину ионной нейтрализации.

4. Исследование работы выхода промышленных термоэмиссионных дисперсных катодов на основе вольфрамовой матрицы, импрегнированной Re, 1г и Os/Ru показало, что наименьшую работу выхода 1,85 эВ имеет поверхность Os/Ru катода. Она же обладает наибольшей эмиссионной способностью. Плотность эмиссии при рабочей температуре 1030°С составила ~30 А/см2. Показано, что высокие эмиссионные характеристики напрямую зависят от плотности электропозитивного Ва-О диполя на поверхности.

5. Установлен механизм образования на поверхности катода активного дипольного комплекса Ва-О. Обнаружено, что за процесс сопротивляемости катодной поверхности ионной бомбардировке отвечают скорости пополнения Ва и О. Скорость пополнения Ва всегда несколько выше, поэтому восстановление эмиссионных характеристик катода происходит быстрее с напуском небольшого количества кислорода.

6. Разработана методика качественного и количественного анализа состава напылений на деталях электровакуумных приборов и катодов современных СВЧ-клистронов методом электронной Оже-спектроскопии с пределом обнаружения 10"2-104 монослоя.

7. Выявлено, что причинами отказов и деградации ЭВП по снижению мощности в большинстве случаев являются истощение Ва в приповерхностной области или отсутствие подпитки активного слоя, наличие «запорных» слоев на поверхности и на внутренних границах, окисление, структурные и химические изменения в каркасе метаплопористого катода, активном слое и пленке Os с образованием конгломератов и многокомпонентных фаз.

Список цитируемой литературы

[1] Gaertner G„ Geittner P., Raasch D., Ritz A., Wiechert D.U. Dynamic shielding

during ion bombardment of Ba dispenser cathodes // Applied Surface Science.

1999. V.146.P.12-16.

[2] Маркин С.Н., Ермолов С.Н.. Глебовский В.Г., Кузнецов Г.Д., Штинов Е.Д., Сазаки М, Бронгерсма XJC. Применение метода рассеяния медленных ионов для исследования свойств поверхности монокристаллов Мо // Известия РАН, Серия Физическая. 2004. Т.68. №3. С.344-347.

[3] Глебовский В.Г., Маркин С.Н., Штинов Е.Д., Бронгерсма Х.Х. Исследование поверхности кристаллов молибдена и вольфрама методом рассеяния медленных ионов // Горный информационно-аналитический бюллетень, тематическое приложение «Функциональные материалы». 2005. С.267-284.

[4] Severijns С.А., Verbist G., Brongersma H.H. SISS-92: a computer code for the simulation of ion-surface scattering // Surface Science. 1992. V.279. P.297-304.

[5] Ermolov S.N., Jansen W.P.A., Markin S.N., Glebovsky V.G., Brongersma H.H. The surface of Mo bicrystals studied by low-energy ion scattering // Surface Science. 2002. V.512. P.221-228.

[6] Draxler M., Markin S.N., Ermolov S.N., Schmid K., Hesch C., Poschacher A., Gruber R., Bergsmann M., Bauer P. ACOLISSA: a powerful set-up for ion beam analysis of surfaces and multilayer structures //Vacuum. 2004. V.73. P.39-45.

[7] Hagstrum H. D. Theory of Auger ejection of electrons from metals by ions // Physical Review. 1954. V.96, P.336-365.

[8] Mikhailov S.N., Elfrink R.J.M., Jacobs J.-P., van den Oetelaar L.C.A., Scanlon P.J., Brongersma H.H. Quantification in low-energy ion scattering: elemental sensitivity factors and charge exchange processes II Nuclear Instruments and Methods B. 1994. V.93. P.149-155.

[9] Tsukada M., Tsuneyuki S., Shima N. Reionization mechanism of neutralized He in low energy ion scattering spectroscopy // Surface Science. 1985. V.164. P.L811-L818.

[10] Tsuneyuki S., Tsukada M. Theory of the reionization process observed in low-energy He+-surface scattering // Physical Review B. 1986. V.34. P.5758-5768.

[11] Kimura S., Higuchi Т., Ouchi Y„ Uda E., Nakamura O. Emission characteristics of dispenser cathodes with a fine-grained tungsten top layer // Applied Surface Science. 1997. V.lll. P.60-63.

[12] Higuchi Т., Nakamura О., Matsumoto S„ Uda E. Pore geometry of dispenser cathode surface vs. emission characteristics, and Ba recovery characteristics after ion bombardment// Applied Surface Science. 1999. V.146. P.51-61.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Ермолов С.Н., Глебовский В.Г., Яисен В., Маркин С.Н., Бронгерсма Х.Х. Исследование поверхности бикристаллов молибдена методом рассеяния медленных ионов. Известия РАН, Серия Физическая. 2002. Т.66, №4, С.580-

2. Ermolov S.N., Jansen W.P.A., Markin S.N., Glebovsky V.G., Brongersma H.H. The surface of Mo bicrystals studied by low-energy ion scattering. Surface Science. 2002. V.512. P.221-228.

3. Маркин C.H., Ермолов C.H., Глебовский В.Г., Кузнецов Г.Д., Штинов Е.Д., Сазаки М„ Бронгерсма Х.Х. Применение метода рассеяния медленных ионов для исследования свойств поверхности монокристаллов Мо. Известия РАН, Серия Физическая. 2004. Т.68. №3. С.344-347.

4. Draxler М., Markin S.N., Ermolov S.N., Schmid К., Hesch С., Poschacher А., Gruber R., Bergsmann M., Bauer P. ACOL1SSA: a powerful set-up for ion beam analysis of surfaces and multilayer structures. Vacuum. 2004, V.73. P.39-45.

5. Глебовский В.Г., Маркин С.Н., Штинов Е.Д., Бронгерсма Х.Х. Исследование поверхности кристаллов молибдена и вольфрама методом рассеяния медленных ионов. Горный информационно-аналитический бюллетень, тематическое приложение «Функциональные материалы». 2005. С.267-284.

6. Markin S.N., Ermolov S.N., Sasaki М., van Veltsenis R., Shtinov E.D., Glebovskii V.G., and Brongersma H.H. Scattering of low-energy ions from the surface of a W(211) single crystal // Physics of Metals and Metallography. 2006. V. 102(3). P. 274-278.

585.

Введение

Глава 1. Состояние вопроса (обзор литературы)

1.1. Физические свойства термоэмиссионных дисперсных катодов.

1.1.1. История создания современных термоэмиссионных катодов.

1.1.2. Основные принципы работы термоэмиссионных дисперсных катодов.

1.2. Исследование механизмов работы термоэмиссионных катодов.

1.2.1. Эмиссия.

1.2.2. Ионная бомбардировка.

1.2.3. Катодное отравление.

1.3. Применение термоэмиссионных катодов в современной СВЧ технике.

1.4. Задачи работы.

Глава 2: Методики экспериментального исследования

2.1. Выращивание монокристаллов высокочистых тугоплавких металлов методом электронно-лучевой зонной плавки.

2.1.1. Основные методы выращивания кристаллов.

2.1.2. Электронно-лучевая зонная плавка.

2.1.3. Установка для выращивания монокристаллов тугоплавких кристаллов.

2.2. Структурный и элементный анализ монокристаллов.

2.2.1. Определение ориентировки монокристалла по Лауэ.

2.2.2. Анализ структуры поверхности методами оптической и электронной микроскопии.

2.2.3. Рентгеновская топография поверхности.

2.2.4. Метод кривых качания.

2.2.5. Метод дифракции медленных электронов.

2.3. Анализ объемного содержания примесей и химического состава поверхности.

2.3.1. Нейтронно-активационный анализ для определения концентрации кислорода.

2.3.2. Комплексное определение концентрации углерода.

2.3.3. Методы масс-спектрометрии и атомной эмиссии.

2.3.4. Метод Оже-электронной спектроскопии.

2.4. Метод рассеяния медленных ионов.

2.5. Выводы по главе.

Глава 3: Исследование свойств эталонных кристаллов

3.1. Выращивание монокристаллов и бикристаллов.

3.2. Металлографические исследования поверхности.

3.3. Исследование монокристаллов Мо и W с помощью РМИ.

3.4. Исследование бикристаллов Мо и W с помощью РМИ.

3.5. Выводы по главе.

Глава 4: Специфика анализа поверхности термоэмиссионных катодов

4.1. Количественное определение состава поверхности с малой работой выхода методом РМИ на примере Ba/W(l 10).

4.2. Анализ поверхности термоэмиссионных дисперсных катодов.

4.2.1. Эксперименты на бариевых катодах методом РМИ.

4.2.2. Верхний атомный слой.

4.2.3. Особенности РМИ при малых работах выхода.

4.2.4. Толщина покрытия и работа выхода поверхности.

4.2.5. Роль поверхностного кислорода.

4.2.6. Роль поверхности катодной матрицы.

4.3. Выводы по главе.

Глава 5. Исследование поверхности промышленных термоэмиссионных катодов

5.1. Введение.

5.2. Эксперимент.

5.3. Динамическое равновесие поверхностных процессов.

5.4. Процесс распыления активного слоя.

5.5. Процессы пополнения поверхностного слоя.

5.6. Толщина покрытия и эмиссионные характеристики при динамическом равновесии.

5.7. Повреждение поверхности, вызванное ионной бомбардировкой.

5.8. Ионная бомбардировка в атмосфере кислорода.

5.9. Исследование процессов деградации термоэмиссионных катодов, применяемых в СВЧ приборах.

5.10. Выводы по главе.

В течение нескольких десятков лет происходит бурное развитие телевидения и телекоммуникаций. Однако результаты этого развития не были бы столь удивительны без открытия в начале прошлого века термической эмиссии электронов, на основе которой происходит трансформация электрического сигнала в визуальный, наблюдаемый, например, на экране электронно-лучевой трубки. Появление термоэмиссионных катодов, используемых в качестве стабильного и долговечного источника электронов, позволило сделать значительный шаг в направлении существенного прогресса телевизионной техники.

Развитию и совершенствованию катодной техники в значительной мере способствовало появление новых поверхностно чувствительных методов исследования их свойств. Известно, что основные процессы, ответственные за стабильную работу катода и величину испускаемой им плотности тока электронов, происходят именно на поверхности. К таким процессам относятся: сегрегация через поры вольфрамовой матрицы активного элемента, воссоединение его с другими элементами с образованием дипольных комплексов - основных источников электронов, отравление поверхностного слоя активного элемента и скорость его последующего самовосстановления, истощение поверхностного слоя за счет бомбардировки отрицательно заряженной поверхности ионами остаточных газов.

Перечисленные процессы, несомненно, требуют тщательного изучения для последующего усовершенствования термоэмиссионных дисперсных катодов, а также сложных СВЧ приборов на их основе. Однако не всегда удается исследовать совокупность всех процессов на одной поверхности. Это чрезвычайно сложно и не под силу ни одному из современных методов поверхностного исследования. Поэтому принято разделять процессы и исследовать их по отдельности на образцах с заведомо известным набором свойств, максимально приближенным к свойствам промышленных катодов.

Чрезвычайно эффективным методом для исследования состава и свойств поверхности является рассеяние медленных ионов (РМИ). Метод имеет экстремально высокую чувствительность к самому верхнему атомному слою [1,2,3,4]. В силу чего, представляется целесообразным его использование в совокупности с уже зарекомендовавшими себя методами масс-спектрометрии для анализа поверхности современных термоэмиссионных катодов. Это позволит существенно улучшить их эмиссионные свойства и более глубоко понять процессы, происходящие на поверхности.

Работа выполнена на кафедре «Технология материалов электроники» Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета) при тесном сотрудничестве Института физики твердого тела РАН (ИФТТ РАН) г. Черноголовка, Технического университета г. Эйндховена (Нидерланды) в период 2001-2006 г.г.

Целью диссертационной работы является исследование комплекса динамических процессов, происходящих в объеме и на поверхности термоэмиссионных катодов.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

- установленная закономерность влияния кристаллографической ориентировки поверхностей тугоплавких металлов (W, Мо) на характер рассеяния ионов гелия малых энергий;

- особенности бикристаллических поверхностей тугоплавких металлов, выявленные при рассеянии ионов малых энергий;

- экспериментальное и теоретическое обоснование влияния работы выхода поверхности на эффективность нейтрализации ионов инертных газов малых энергий;

- применение на практике аналитического метода характеристической скорости для анализа поверхностей с малой работой выхода;

- рекомендуемые методы улучшения сопротивляемости поверхности внешним воздействиям, детальное описание поверхностных процессов при ионной бомбардировке и отравлении бариевого катода;

- конструктивно-технологические решения по увеличению минимальной наработки катодов и приборов СВЧ, повышение их эксплуатационной надежности.

Работа состоит из введения, пяти глав и выводов.

В первой главе анализируется современное состояние вопроса исследования поверхностей термоэмиссионных катодов и приборов СВЧ. Приводятся последние результаты по изучению влияния внешних воздействий на эмиссионные характеристики катодов. Также показаны возможности современных методов в исследовании свойств поверхности промышленных катодов. Приводятся современные взгляды, особенности методов и последние достижения в данной области.

Во второй главе описаны методики изготовления эталонных образцов для исследования свойств поверхности современных термоэмиссионных катодов. В качестве базиса используются монокристаллы тугоплавких металлов (Mo, W). Описана методика их приготовления, очистки и характеризации. Приводится также описание методов поверхностного анализа, широко используемых для исследования структуры и состава поверхности.

В третьей главе описываются экспериментальные результаты по получению атомарно-чистых поверхностей монокристаллов вольфрама и молибдена и дальнейшее их использование в качестве эталонных для моделирования поверхностных процессов. Выявлены закономерности ионного рассеяния на монокристаллических поверхностях.

В четвертой главе приводятся результаты по анализу эталонных систем методом РМИ. В частности показаны экспериментальные результаты, определяющие зависимость работы выхода монокристаллической поверхности вольфрама от толщины активного слоя бария и ее влияние на нейтрализацию ионов инертных газов малых энергий.

В пятой главе обсуждаются результаты анализа поверхности современных термоэмиссионных катодов методом РМИ. Исследуется поверхностный состав элементов самого верхнего атомного слоя. Показываются особенности рассеяния медленных ионов от поверхностей с малой работой выхода. Приводятся результаты по исследованию роли поверхностного кислорода и элементного состава катодной матрицы на рабочие характеристики прибора. Особое место отводится исследованию поверхностных процессов, реально происходящих при эксплуатации катодов в электронно-лучевых трубках. Изучается влияние отравления поверхности остаточными газами и истощение активного слоя в результате ионной бомбардировки поверхности термоэмиссионного дисперсного катода. Исследуются катоды мощных многолучевых СВЧ-приборов. Рассмотрены основные причины деградации и отказов электровакуумных приборов (ЭВП) за счет падения катодного тока, обусловленные массопереносом паров металлов и остаточных газов в приборе, структурными и химическими изменениями в W-губке и пленке Os.

Научная новизна:

1. Впервые предложено использовать высокочистые образцы моно- и бикристаллических поверхностей тугоплавких металлов (W, Мо) с различной поверхностной ориентацией для анализа и моделирования поверхностных процессов термоэмиссионных катодов.

2. При исследовании поверхности бикристаллов Мо и W впервые обнаружена чувствительность метода РМИ к кристаллографически различно ориентированным поверхностям зерен, проявляющаяся в различной интенсивности сигналов обратнорассеиваемых ионов гелия. Проведено исследование влияния кристаллографии поверхности монокристаллов Мо и W на сигнал. Для каждой поверхности выявлены характерные спектры.

3. Впервые установлено влияние работы выхода поверхности монокристалла W, изменяемой напылением адатомов кислорода и бария, на характер нейтрализации ионов инертных газов малых энергий. Выявлено, что основными процессами для всех поверхностей с разной работой выхода являются ударная и Оже- нейтрализация, а для поверхностей, покрытых слоем бария, доминирующим процессом является ударная нейтрализация.

4. При исследовании термоэмиссионных дисперсных катодов на основе вольфрамовой матрицы, импрегнированной Re, Ir и Os/Ru, было установлено, что низкая работа выхода обеспечивается присутствием на поверхности бариево-кислородного дипольного комплекса. Впервые при помощи метода РМИ показано, что в рабочем режиме атом бария оказывается всегда связанным с атомом кислорода, в результате чего отношение концентраций этих элементов на поверхности равна единице.

5. Впервые обнаружено, что основную роль в процессе активного сопротивления катода разрушающему воздействию ионного облучения играет концентрация кислорода на поверхности, так как сегрегация, а значит и восстановление нарушенного слоя бария, возможны только при наличии несвязанных атомов кислорода.

6. Впервые установлена зависимость времени наработки термоэмиссионного катода от пористости его вольфрамовой губки. Определено значение оптимальной пористости, а также предложены технологические решения по ее оптимизации.

Практическая ценность

Полученные результаты позволили сформулировать рекомендации и определить пути оптимизации эмиссионных характеристик термоэмиссионных дисперсных катодов. Результаты работы также могут быть использованы для более точного анализа концентрации элементов на поверхности твердых тел методом рассеяния медленных ионов.

Результаты диссертации докладывались и обсуждались на XV международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, 2001); на бельгийско-голландском симпозиуме NEVACDAG (Эйндховен/Голландия, 2001); на XVI международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, 2003); XI европейской конференции по применению анализа поверхности и границ раздела (Вена/Австрия, 2005); на XVII международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, 2005); 55 национальной австрийской конференции по физике (Вена/Австрия, 2005); XVII международной конференции по ионно-лучевому анализу (Севилья/Испания,

2005); на XVI международном семинаре по металлургии новых порошковых материалов PLANSEE 2005 (Ройте/Австрия, 2005); XII национальной конференции по росту кристаллов (Москва, 2006); IV международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов» (Черноголовка,

2006); XV международной конференции «Высокочистые материалы функционального назначения» (Суздаль, 2006).

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

Общие выводы по диссертационной работе

1. При помощи метода электронно-лучевого зонного переплава выращены монокристаллы и бикристаллы высокочистых тугоплавких металлов (W, Мо), предназначенные для моделирования физических и химических процессов на термоэмиссионных катодах. Проведен кристаллографический и элементный анализ состава их поверхностей. Выявлено высокое структурное совершенство и чистота образцов.

2. Использование метода РМИ для анализа структуры и состава поверхности монокристаллов тугоплавких металлов показало, что различные кристаллографические поверхности дают различные вклады в сигнал обратнорассеянных ионов. Длительная бомбардировка монокристаллических поверхностей ионами аргона с энергией 3 кэВ приводит к разупорядочиванию атомной структуры. Больший эффект наблюдается для поверхностей с плотной упаковкой атомов. Отжиг образцов Мо показал, что восстановление разрушенной поверхности (112) начинается уже при 680°С, а поверхности (100) только при 900°С. Более того, длительный отжиг поверхности (100) при 1100°С приводит к избирательной сегрегации углерода.

3. Адсорбция атомов О и Ва на поверхности монокристалла W(110) позволила уменьшить работу выхода до 1,8 эВ. При малых работах выхода обнаружено появление дополнительного механизма нейтрализации ионов инертных газов - резонансная нейтрализация. Найден способ коррекции экспериментальных данных по количественному анализу элементного состава поверхности на величину ионной нейтрализации.

4. Исследование работы выхода термоэмиссионных дисперсных катодов на основе W матрицы, импрегнированной Re, Ir и Os/Ru, показало, что наименьшую работу выхода 1,85 эВ имеет поверхность катода Os/Ru. Эта же поверхность имеет наибольшую эмиссионную способность. Плотность эмиссии при рабочей температуре 1030°С составила -30 А-см" . Показано, что высокие эмиссионные характеристики зависят от плотности электроположительного диполя Ва-0 на поверхности.

5. Установлены физические механизмы образования на поверхности катода активного дипольного комплекса Ва-О. Обнаружено, что за процесс сопротивляемости катодной поверхности ионной бомбардировке отвечают скорости пополнения Ва и О. Скорость пополнения атомами Ва всегда несколько выше, поэтому восстановление эмиссионных характеристик катода происходит быстрее с напуском небольшого количества кислорода.

6. Количественный анализ состава поверхности систем с малой работой выхода с использованием метода РМИ не является методом непосредственного анализа из-за влияния резонансной нейтрализации. Применение метода характеристических скоростей всегда приводит к завышению поверхностной плотности ввиду того, что присутствие резонансной нейтрализации делает характеристические скорости не постоянными, а зависимыми от ионных скоростей. Такая зависимость характеристической скорости от скорости ионов вытекает из зависимости порогового значения работы выхода от ионной скорости.

7. Метод коррекции характеристических скоростей вполне пригоден для количественного анализа поверхностей с малыми работами выхода. Установлено, что если резонансная нейтрализация возможна ниже одной и той же работы выхода для всех ионных энергий, то метод характеристической скорости дает вполне корректную величину поверхностной плотности исследуемых частиц. Показана возможность применения данного метода и для других систем ион-атом, когда известны работа выхода и скорость иона.

8. Влияние резонансной нейтрализации на количественное определение плотности, особенно в случае завышения толщины слоя пленки при отсутствии коррекции, зависит от относительного вклада резонансной нейтрализации в величину конечной нейтрализации. Вклад резонансной нейтрализации определяется только типом ионов и макроскопической величиной работы выхода, в то время как другие механизмы нейтрализации, например Оже- и ударная нейтрализация, сильно зависят от комбинации ион-атом. Относительный вклад резонансной нейтрализации, таким образом, зависит от комбинации ион-атом. Как правило, чем больше характеристическая скорость системы с высокой работой выхода (при отсутствии резонансной нейтрализации), тем меньше влияние резонансной нейтрализации на результат количественного анализа при малых работах выхода.

9. Отмечено, что если нейтрализация щелочных ионов возникает при энергии меньше 1 кэВ, то явной зависимости энергии еа от ионной скорости получить не удается. Отсутствие такой скоростной зависимости при очень малых ионных скоростях отвечает теории зарядового обмена, потому что при больших фиксированных расстояниях сдвиг энергетического уровня зависит очень слабо от расстояния. Завышение поверхностной плотности при использовании метода характеристической скорости для энергий в несколько кэВ не наблюдается для ионов инертных газов при достаточно малых начальных энергиях («1 кэВ). Однако для окончательного вывода необходимо более детальное исследование процессов нейтрализации в диапазоне малых ионных энергий.

10. Поверхностный анализ термоэмиссионных дисперсных катодов на основе W, Re, Ir и Os/Ru показал, что комплекс Ва-О, способствующий снижению работы выхода, присутствует на всех катодах в одинаковой форме. При рабочей температуре атомы Ва могут существовать только связанными с атомами О, причем располагаются над последними. В результате отношение Ва/О равняется единице.

11. Работа выхода поверхности катода определяется работой выхода катодной матрицы, а также толщиной активного слоя. Толщина активного слоя во время работы катода зависит, в свою очередь, от числа и ориентировки свободных J-орбиталей атомов поверхности. Если связь между атомами слабая, то электростатическое отталкивание между диполями Ва-О приводит к десорбции активного комплекса и, как результат, ведет к снижению толщины слоя и увеличению работы выхода. Сила связи между атомами и концентрация диполей Ва-0 увеличивается по сечению катода от W матрицы до поверхностного слоя Os/Ru. Увеличение плотности активного слоя оказывается достаточным, чтобы компенсировать высокую работу выхода и, таким образом, приводит к ее уменьшению, начиная от W катода и заканчивая поверхностью Os/Ru катода. Дальнейшее улучшение эмиссионной способности катода может быть, таким образом, достигнуто усилением связей между атомами О в комплексе Ва-0 и между атомами поверхности. Показано, что высокая работа выхода поверхности не является столь значимым параметром, как это предполагалось ранее.

12. Предел эмиссионной способности катода может быть получен по результатам исследования на модельных системах. Если адсорбция О и Ва выполняется в строго контролируемом режиме, то минимум работы выхода системы Ва-О-подложка также может быть определен с высокой точностью. Показано, что адсорбция Ва и О на W подложку при оптимальных условиях может уменьшить работу выхода всей системы до (р = 1,8 эВ. Таким образом, плотность эмиссии W катода может быть увеличена на порядок, если связь между атомами О в комплексе Ва-0 и между атомами поверхности также будет увеличена.

13. На основании экспериментальных исследований и моделирования поверхностных процессов дисперсных катодов во время ионной бомбардировки, непосредственно влияющих на толщину активного слоя и на эмиссионные характеристики катодов, показана критическая роль О в составе поверхности термоэмиссионного дисперсного катода. Установлено, что атомы Ва могут покрывать поверхность катода только в случае, если на ней уже присутствует О. Таким образом, толщина активного слоя во время ионной бомбардировки полностью определяется скоростями распыления и пополнения О при условии достаточной скорости поступления атомов Ва из пор катодной матрицы.

14. Атомы Ва защищают от ионной бомбардировки атомы О, расположенные непосредственно под ними. Вероятность удаления атома О с поверхности определяется, таким образом, интенсивностью ионного потока, который устанавливает вероятность попадания ионов дважды в одно и то же место, а также температурой поверхности, задающей скорость диффузии атомов Ва. Каждый атом О, удаленный с поверхности, восстанавливается посредством диффузии из пор, то есть диффузия О происходит не в форме готового комплекса ВаО, как показано в большинстве ранних исследований, а посредством диффузии индивидуальных атомов. Несмотря на то, что поверхностная диффузия О происходит достаточно быстро, скорость пополнения О ограничена формированием свободных атомов О в порах матрицы. Сопротивляемость катодной поверхности ионной бомбардировке определяется, таким образом, скоростью пополнения О. В самом деле, катоды с равномерно гранулированной матрицей демонстрируют улучшенные характеристики за счет меньших диффузионных расстояний. Убедительное подтверждение значимости пополнения О было выявлено в результате эксперимента с ионной бомбардировкой поверхности дисперсного катода в атмосфере 02. Посредством улучшенной извне скорости пополнения О, значительно увеличилась сопротивляемость поверхности ионной бомбардировке, а также толщина активного слоя.

15. Скорость пополнения О является важным параметром не только для поддержания постоянной толщины активного слоя, но и косвенно влияет на скорость разрушения поверхности посредством ионной бомбардировки. Слой комплекса Ва-0 предохраняет поверхность от ионного воздействия, причем фактор защиты, в первом приближении, пропорционален толщине покрытия. Защита поверхности катода слоем активного комплекса является критическим параметром для катодов, имеющих на поверхности буферный слой дополнительных элементов, улучшающих его рабочие характеристики, поскольку разрушение буферного слоя приводит к невосполнимой деградации величины электронной эмиссии. Значение защитной функции наиболее важно для скандатных катодов, имеющих в буферном слое бариево-скандатный комплекс, так как, несмотря на их невероятно высокие показатели электронной эмиссии (-400 А-см"), их применение было ограничено сильной деградацией рабочих характеристик в результате ионной бомбардировки. Процесс восстановления атомов Sc в скандатном катоде отсутствует. Поэтому при распылении активного слоя Ва-0 эмиссионные характеристики резко падают. На основе настоящих исследований, предполагается повысить защитные свойства поверхности скандатных катодов за счет увеличения скорости пополнения поверхности О, таким образом, что буферный слой окажется недоступным для бомбардирующих поверхность ионов. Более детальные выводы о роли активного комплекса в процессе пополнения О можно будет сделать, проведя ряд аналогичных исследований на других скандатных катодах.

16. Разработаны методики качественного и количественного анализа состава напылений на деталях электровакуумных приборов и катодов современных СВЧ-клистронов методом Оже-спектроскопии с пределом обнаружения 10"2-104 монослоя. Установлено, что неоднородность состава напылений с наличием на них чередующихся диэлектрических (А1203, Si02, Fe203, MgO) и проводящих участков, а также наличие «запорных» слоев (сажистые и примесные налеты) на поверхности и на внутренних границах, окисление, структурные и химические изменения в каркасе МПК, активном слое и пленке Os с образованием конгломератов и многокомпонентных фаз, является основной причиной трудного токопрохождения (зарядки, генерации и пробойных явлений) и падения эмиссии катода вследствие переноса примесей на катод.

17. Отмечено, что водородная среда в ЭВП ускоряет процессы массопереноса примесей и активирования катода, а присутствие кислорода в рабочей камере улучшает накальные характеристики МПК со значительным временем наработки.

18. Экспериментально доказано, что применение ВА-губки вместо ранее используемой ВЧДК-губки и увеличение диаметра катода позволило снизить рабочую температуру на 25-30°С, стабилизировать эмиссию и повысить время минимальной наработки многолучевых СВЧ-приборов О-типа в два-три раза. Выявлены оптимальные структурные параметрами МПК с ВА-губкой: пористость 24-27%, плотность и диаметр эмиссионных пор соответственно 5 -106-1Т07 см"2 и 1-2 мкм.

1. Smith D.P. Scattering of Low-Energy Noble Gas 1.ns from Metal Surfaces // J. Applied Physics. 1967. V.38. P.340-347.

2. Brongersma H.H., Mul P.M. Ion scattering: a spectroscopic tool for study of the outermost atomic layer of a solid surface // Chem. Phys. Lett. 1972. V.14. P.380-384.

3. Niehus H., Heiland W., Taglauer E. Low-energy ion scattering at surfaces // Surface Science Reports. 1993. V.17. P.213-218.

4. Taglauer E. Ion Scattering Spectroscopy. Ion Spectroscopies for Surfaces Analysis. Eds. Czanderna A.W., Hercules D.M. Plenum Press. New York. 1991.486 P.

5. Jenkins R.O. A review of thermionic cathodes // Vacuum. 1969. V. 19(8). P.353-359.

6. Gaertner G., Geittner P., Lydtin H., Ritz A. Emission properties of top-layer scandate cathodes prepared by LAD // Applied Surface Science. 1997. V.111. P.l 1-17.

7. Taguchi S., Aida Т., Yamamoto S. Investigation of SC2O3 mixed-matrix Ba-Ca aluminate-impregnated cathodes // IEEE Transactions on Electron Devices. 1984. V.31(7). P.900-903.

8. HaskerJ., Crombeen J.E. Scandium supply after ion bombardment on scandate cathodes // IEEE Transactions on Electron Devices. 1990. V.37(12). P.2589-2594.

9. Hasker J., van Esdonk J., Crombeen J.E. Properties and manufacture of top-layer scandate cathodes I I Applied Surface Science. 1986. V.26. P. 173-195.

10. Yamamolo S., Sasaki S., Taguchi S., Watanabe I., Koganezava N. Application of an impregnated cathode coated with W-Sc203 to a high current density electron gun //Applied Surface Science. 1988. V.33-34. P. 1200-1207.

11. Yamamoto S., Watanabe /., Taguchi S., Sasaki S., Yaguchi T. Formation mechanism of a monoatomic order surface layer on a Sc-type impregnated cathode // Japan. J. Applied Physics. P. 1. Regular Papers & Short Notes. 1989. V.28. P.490-494.

12. Zagwijn P.M., Frenken J.W.M., van Sloolen U., Duine P.A. A model system for scandate cathodes // Applied Surface Science. 1997. V.l 11. P.35-41.

13. Gartner G., Geittner P., Lydtin H. Emission properties of top-layer scandate cathodes prepared by LAD // ITG-Fachbericht 132. Vakuumelektronik Displays. 1995. P.35-40.

14. Chang X., Gartner G. Ion bombardment investigations of impregnated cathodes // Applied Surface Science. 2003. V.215. P.25-32.

15. Shao W., Zhang K., Yan J. Li. S., Chen Q. Gas poisoning investigations of scandate and M-type dispenser cathodes // Applied Surface Science. 2003. V.215. P.54-58.

16. Li J., Yan S., Shao W., Chen Q., Zhu M. Investigation and application of impregnated scandate cathodes 11 Applied Surface Science. 2003. V.215. P.49-53.

17. Лодиз P.A., Паркер P.П. Рост монокристаллов. М.: Мир, 1974. 540 С.

18. Савицкий Е.М., Бурханое Г.С. Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов. М.: Наука, 1971. 302 С.

19. Савицкий Е.М., Бурханое Г.С. Монокристаллы тугоплавких и редких металлов и сплавов. М.: Наука, 1972. 202 С.

20. Лякшиев Н.П., Бурханое Г.С. Металлические монокристаллы. М.: ЭЛИЗ, 2002.311 С.

21. KoneifKiat Ч.В. Структура и свойства тугоплавких металлов. М.: Металлургия, 1974. 204 С.

22. Бродский И.А., Крахмалев В.А., Петушков Е.Е., Болотникова К.Н., Кобяков О.С. Монокристаллы молибдена и вольфрама. Ташкент: ФАН, 1973.147 С.

23. Glebovsky V.G., Semenov V.N. Electron-beam floating zone melting of refractory metals and alloys: art and science // Int. J. Refractory and Hard Materials. 1993-1994. V.12. P.295-302.

24. Глебовский В.Г., Ломейко В.В., Семенов В.Н. Установка для электроннолучевой зонной плавки тугоплавких металлов // В сборнике: Электроннолучевые технологии. София. БАН, 1985. С.380-387.

25. Катрин Н.П., Пугач Г.М., Розенберг Т.Б. Получение монокристаллов вольфрама высокой чистоты зонной плавкой в сверхвысоком вакууме // В сборнике: Материалы совещания по вопросам получения и исследования свойств чистых металлов. Харьков, 1977. С.30-34.

26. Ажажа В.М. Рафинирование тугоплавких металлов в сверхвысоком вакууме // В сборнике: Металлы высокой чистоты. М.: Наука, 1976. С.222-225.

27. Есин В.О., Насыров Р.Ш., Тагирова Д.М., Манаков В.Г. Дислокационная структура высокочистых монокристаллов вольфрама после электроискровой обработки // Физико-химическая обработка материалов. 1982. Т.6. С.121-125.

28. Засимчук И.К. О происхождении полосчатой структуры в металлических монокристаллах, выращиваемых из расплава // Металлофизика. 1975. Т.59. С.13-19.

29. Ястребков А.А., Ивакин Ю.П. Влияние угла межкристаллитной разориентации на хрупкость бикристаллов вольфрама // Физика металлов и металловедение. 1973. Т.36. С.135-140.

30. Sursaeva V.G., Glebovsky V.G., Semenov V.N., Kopetsky Ch.V., Shulga Y.M., Shvindlerman L.S. Strength of intergranular tilt and twist boundaries in molybdenum bicrystals // Physics of Metals and Metallography. 1985. V.59. P. 166-170.

31. Sursaeva V.G., Glebovsky V.G., Shulga Y.M., Shvindlerman L.S. Strength of individual special tilt and twist boundaries in molybdenum bicrystals // Scripta Metallurgies 1985. V.19. P.411-415.

32. Вииников Л.Я., Глебовский В.Г., Москвин С.И. О природе закрепления вихрей в бикристаллах Nb // Письма в ЖЭТФ. 1981. V.38. С.253-257.

33. Sutton А.Р., Baluffi R.W. Interfaces in Crystalline Materials. Clarendon Press, Oxford, 1995.468 P.

34. Straumal B.B.,V.N. Semenov V.N., Khruzhcheva A.S., Watanabe T. Faceting of the £3 coincidence tilt boundary in Nb // J. Materials Science. 2005. V.40. P.871-874.

35. Гундырев B.M., Белова H.B., Есин В.О. Способ получения рентгеновских дифракционных топограмм монокристаллов // В книге: Выращивание монокристаллов тугоплавких и редких металлов. М.: Наука, 1973. С. 121128.

36. Муминов В.А., Мухаммедов С. Ядерно-физические методы анализа газов в конденсированных средах. Ташкент: ФАН, 1977. 206 С.

37. Пронман И.М., Антонов Е.И., Казанцев A.M. Автоматизированная установка нейтронно-активационного анализа // Приборы и техника эксперимента. 1977. Т.4. С.274-275.

38. Яковлев П.Я., Яковлев Е.Ф., Оржеховская А.И. Определение углерода в металлах. М.: Металлургия, 1972. 288 С.

39. Обливанцев А.Н., Рыбасов А.Г. Определение примеси углерода в ниобиивысокой чистоты методом активации дейтронами с радиохимическим выделением // Заводская лаборатория. 1983. Т.49. №2. С.63-64.

40. Щулепников М.Н., Александрова Г.И., Кудиное Б.С., Фирсов В.И. Ядерно-физические методы контроля примесного состава чистых материалов редкометаллической промышленности // Заводская лаборатория. 1981. Т.47. № 9. С.26-31.

41. Rabalais J. W. Ed. Low Energy Ion-Surface Interaction, Wiley Series in Ion Chemistry and Physics, John Wiley & Sons, 1994. 453 P.

42. Cortenraad R., Denier van der Gon A.W., Brongersma H.H., Gaertner G., Manenschijn A. Quantitative LEIS analysis of thermionic dispenser cathodes // Applied Surface Science. 1999. V.146. P.69-74.

43. Wiza J.L. MicroChannel Plate Detectors // Nuclear Instruments and Methods. 1979. V.162. P.587-601.

44. Torrens I.M. Interatomic potentials. Academic Press, New York, London, 1972. 283 P.

45. Hagstrum H.D. Theory of Auger Ejection of Electrons from Metals by Ions // Physical Review. 1954. V.96. P.336-365.

46. Hagstrum H.D. Inelastic Ion-Surface Collisions. Eds Tolk H.H., Tully J.C. Academic Press, New York, 1977. 345 P.

47. Aono M., Souda R. Inelastic processes in ion scattering spectroscopy of solid surfaces // Nuclear Instruments and Methods. B. 1987. V.27. P.55-64.

48. Verbist G., Devreese J.T., Brongersma H.H. A neutralization model for ion scattering// Surface Science. 1990. V.233. P.323-332.

49. Draxler M., Markin S.N., Ermolov S.N., Schmid K., Hesch C., Poschacher A., Gruber R., Bergsmann M., Bauer P. ACOLISSA: a powerful set-up for ion beam analysis of surfaces and multilayer structures. Vacuum. 2004. V.73. P.39-45.

50. Markin S.N., Primetzhofer D., Valdes J.E., Taglauer E. and Bauer P., Netralization of low energy He ' ions by Cu in the Auger regime // Nuclear1.struments and Methods. B. 2006 (accepted).

51. Heiland W., Taglauer E. Low energy ion scattering: Elastic and inelastic effects // Nuclear Instruments and Methods. 1976. V.l32. P.535-545.

52. Bertrand P. Inelastic effects in the scattering of low energy helium ions from monocrystalline silicon // Nuclear Instruments and Methods. 1980. V.l70. P.489-493.

53. Ermolov S.N., Cortenraad R., Semenov V.N., Denier van der Gon A.W., Bozhko S.I., Brongersma H.H., Glebovsky KG. Growth and characterization of monocrystalline tungsten substrates // Vacuum. 1999. V.53. P.83-86.

54. Бдикин И.К., Божко С.И., Семенов В.Н., Смирнова И.А., Глебовский В.Г., Ермолов С.Н., Шехтмап В.Ш. Исследование совершенства монокристаллов вольфрама методом аномального прохождения рентгеновских лучей // Поверхность. 2001. Т.З. С. 15-20.

55. Алешина С.А., Хвостикова В.Д., Золотых Б.Н., Марчук А.И. Изменение плотности дислокаций в монокристаллах вольфрама после электроэрозионной обработки. В кн.: Монокристаллы тугоплавких и редких металлов, сплавов и соединений. М.: Наука, 1977. С. 185-188.

56. Дудкин А.Ю., Матвеев И.В., Черемисин СМ. Бездеформационная резка монокристаллов вольфрама // Приборы и Техника Эксперимента. 1982. Т.6. С. 193-199.

57. Лариков Ю.П., Ткаченко В.Ф., Яременко Ю.А. Стабилизация зоны расплава в процессе бестигельной зонной плавки // В сборнике: Управление сложными динамическими процессами. Киев, 1981. С.3-14.

58. Пшеничное ЮЛ. Выявление тонкой структуры кристаллов. Справочник. М.: Металлургия, 1974. 528 С.

59. Matsunami N., Yamamura Y., Itikawa Y., Itoh N., Kazumata Y., Miyagawa S., Morita K., Shimizu R., Tawara H. Energy dependence of the ion-induced sputtering yields of monatomic solids // Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1984. V.31. P. 1-80.

60. Markin S.N., Ermolov S.N., Sasaki M., van Vellsenis R., Shlinov E.D., Glebovskii V.G., and Brongersma H.H. Scattering of low-energy ions from the surface of a W(211) single crystal // Physics of Metals and Metallography. 2006. V. 102(3). P. 274-278.

61. Severijns СЛ., Verbisl G., Brongersma H.H. SISS-92: a computer code for the simulation of ion-surface scattering // Surface Science. 1992. V.279. P.297-304.

62. Moest В., Wouda P.T., Denier van der Gon A.W., Brongersma H.H., Neuwenhuis B.E., Boerma D.O. Step-edge segregation of bimetallic alloys: A LEIS study ofPt25Rh75(410) // Surface Science. 2001. V.473. P. 159-171.

63. Bergmanns R.H., van de Grift M., Denier van der Gon A. W., Brongersma H.H. Composition and structure of the Cug5Pd|5(l 10)-(2><1) surface determined by low-energy ion scattering// Surface Science. 1996. V.345. P.303-312.

64. Ermolov S.N., Jansen W.P.A., Markin S.N., Glebovsky V.G., Brongersma H.H. The surface of Mo bicrystals studied by low-energy ion scattering // Surface Science. 2002. V.512. P.221-228.

65. Ермолов C.H., Глебовский В.Г., Янсен В., Маркин С.Н., Бронгерсма Х.Х. Исследование поверхности бикристаллов молибдена методом рассеяния медленных ионов. Известия РАН, Серия Физическая. 2002. Т.66, №4, С.580-585.

66. Glebovsky V.G., Moskvin S.I., Semenov V.N. Growing techniques and structure of niobium bicrystals // J. Crystal Growth. 1982. V.59. P.450-454.

67. Wang N.P., Garcia E.A., Monreal C.R., Flores F., Goldberg E.C., Brongersma H.H., Bauer P. Low-energy ion neutralization at surfaces: Resonant and Auger processes // Physical Review. A. 2001. V.64. P.012901-012908.

68. Corlenraad R., Denier van der Gon A.W., Brongersma H.H., Ermolov S.N., Glebovsky V.G. Work function dependent neutralization of low-energy noble gas ions // Physical Review B. 2002. V.65. P. 195414-195424.

69. Gorodetskii D.A., Melnik Y.P. Barium on (110) tungsten // Surface Science. 1977. V.62. P.647-661.

70. Denier van der Gon A.W., Jongen M.F.F.K., Brongersma H.H., van Sloolen U., Manenschijn A. Thermionic cathodes studied by low-energy ion scattering spectroscopy // Applied Surface Science. 1997. V.l 11. P.64-69.

71. Brako R., Newns D.M. Theory of electronic processes in atom scattering from surfaces // Reports on Progress in Physics. 1989. V.52. P.655-699.

72. Woodruff D.P. Neutralisation effects in low energy ion scattering // Nuclear Instruments and Methods. 1982. V.l94. P.639-647.

73. Goldberg E. C., Monreal R., Flores F., Brongersma H.H., Bauer P. New model for ion neutralization at surfaces // Surface Science. 1999. V.440. P.L875-L880.

74. Godfrey D.J., Woodruff D.P. A low energy ion scattering study of the adsorption of oxygen on Cu {100} surfaces // Surface Science. 1981. V. 105. P.459-468.

75. Corlenraad R., Denier van der Gon A.W., Brongersma H.H. Influence of analyser transmission and detection efficiency on the energy dependence of low-energy ion scattering signals // Surface Interface and Analysis. 2000. V.29. P.524-534.

76. Los J., Geerlings J.J.C. Charge exchange in atom-surface collisions // Physics Reports. 1990. V.190. P. 133-190.

77. Yu M.L., Lang N.D. Mechanisms of atomic ion emission during sputtering // Nuclear Instruments and Methods B. 1986. V.14. P.403-413.

78. Norskov J.K., Lundqvist B.L. Secondary-ion emission probability in sputtering // Physical Review B. 1979. V.19. P.5661-5665.

79. Thomas R.E., Gibson J.W., Haas G.A., Abrahams R.H. Thermionic sources for high-brightness electron beams // IEEE Transactions on Electron Devices. 1990. V.37. P.850-861.

80. Zalm P., van Stratum A.J.A. Osmium dispenser cathodes // Philips Technical Review. 1966. V.27. P.36-42.

81. Опубликованные труды катодных конференций: Tri-Service Cathode Workshop: Applied Surface Science, Volumes 2, 8, 16, 24. International Vacuum Electron Sources Conference: Applied Surface Science, Volumes 111&146.

82. Nelson G.C. Influence of surface roughness on the intensity of elastically scattered low-energy noble-gas ions // J. Applied Physics. 1976. V.47. P. 12531255.

83. Cortenraad R., Denier van der Gon A.W., Brongersma H.H., Gaertner G., Raasch D., Manenschijn A. Dynamic behavior of thermionic dispenser cathodes under ion bombardment // J. Applied Physics. 2001. V.89. P.4354-4364.

84. Elbe A., Meister G., Goldmann A. Vibrational modes of atomic oxygen on W(110)//Surface Science. 1997. V.371. P.438-444.

85. Johnson K.E., Wilson R.J., Chiang S. Effects of adsorption site and surface stress on ordered structures of oxygen adsorbed on W(110) // Physical Review Letters. 1993. V.71. P.1055-1058.

86. Davis L.E. Handbook of Auger Electron Spectroscopy, Physical Electronics Industries, Eden Praire, MN, 1978. 348 P.

87. Brion D., Tonnerre J.C., Shroff A.M. Auger spectroscopy investigations of various types of impregnated cathodes // Applications of Surface Science. 1983. V.16. P.55-72.

88. Maloney C.E., Fang C.S. Methods for evaluating the performance of emitters in plane parallel diodes // Applied Surface Science. 1985. V.24. P.407-429.

89. Baun W.L. Characterization of tungsten impregnated dispenser cathodes using ISS and SIMS //Applications of Surface Science. 1980. V.4. P.374-384.

90. Marrian C.R.K., Shih A., Haas G.A. The characterization of the surfaces of tungsten-based dispenser cathodes // Applications of Surface Science. 1983. V.16. P. 1-24.

91. Marrian C.R.K., Shih A., Haas G.A. Ion scattering spectroscopy studies of barium and oxygen on tungsten and tungsten-based dispenser cathodes // Applied Surface Science. 1985. V.24. P.372-390.

92. Norman D., Tuck R.A., Skinner H.B., Wadsworth P.J. Surface structure of thermionic-emission cathodes // Physical Review Letters. 1987. V.58. P.519-522.

93. Skinner H. В., Tuck R. A., Dobson P.J. Theoretical models of dispenser cathode surfaces // J. Physics D. 1982. V. 15. P. 1519-1529.

94. Shih A., Mueller D.R., Hemstreet L.A. Synchrotron radiation studies for thermionic cathode research I I IEEE Transactions on Electron Devices. 1989. V.36. P. 194-200.

95. Hemstreet L.A., Chubb S.R., Pickett W.E. Electronic properties of stoichiometric Ba and О overlayers adsorbed on W(001) // Physical Review B. 1989. V.40. P.3592-3599.

96. Haas G.A., Shih A., Marrian C.R.K. Interatomic Auger analysis of the oxidation of thin Ba films : II. Applications to impregnated cathodes // Applications of Surface Science. 1983. V.16. P. 139-162.

97. Gibson J.W., Thomas R.E. Surface plasmon studies of oxidized Ba films // Applications of Surface Science. 1983. V.16. P. 163-180.

98. Ashwin M.J., Woodruff D.P. Charge exchange processes in Li1 and He' ion scattering from alkali adsorbates on Cu(l 10) // Surface Science. 1991. V.244. P.247-258.

99. Beckschulte M., Taglauer E. The influence of work function changes on the charge exchange in low-energy ion scattering // Nuclear Instruments and Methods B. 1993. V.78. P.29-37.

100. Maloney C.E., Zang H.L. Surface coverage, work function and poisoning characteristics of a half rhenium coated impregnated scandate cathode // Applications of Surface Science. 1985. V.21. P.50-64.

101. Forman R. Surface studies of barium and barium oxide on tungsten and its application to understanding the mechanism of operation of an impregnated tungsten cathode // J. Applied Physics. 1976. V.47. P.5272-5279.

102. Hasker J., Stoffelen H.J.H. "Alternative" Auger analysis reveals important properties of M-type and scandate cathodes // Applied Surface Science. 1985. V.24. P.330-339.

103. Eng G., Кап H.K.A., Luey KT. Auger characterization of new and aged dispenser cathode surfaces // Applications of Surface Science. 1983. V. 16. P.181-188.

104. Brion D., Tonnerre J.C., Shroff A.M. Electron emission and surface composition of osmium and osmium-tungsten coated dispenser cathodes // Applications of Surface Science. 1985. V.20. P.429-456.

105. Forman R. A proposed physical model for the impregnated tungsten cathode based on Auger surface studies of the Ba-O-W system // Applications of Surface Science. 1979. V.2. P.258-274.

106. Rittner E.S., Ahlert R.H., Rutledge W.C. Studies on the Mechanism of

107. Operation of the L Cathode. I//J. Applied Physics. 1957. V.28. P. 156-166.

108. Forman R. Correlation of electron emission with changes in the surface concentration of barium and oxygen on a tungsten surface // Applications of Surface Science. 1984. V.17. P.429-462.

109. Forman R. Surface studies on the low work function surface complex of barium on an osmium-ruthenium substrate // Applied Surface Science. 1987. V.29. P.127-142.

110. Haas G.A., Marrian C.R.K., Shih A. Interatomic Auger analysis of the oxidation of thin Ba films: I. Characterization of the low energy Auger spectrum// Applications of Surface Science. 1983. V.16. P. 125-13 8.

111. Haas G.A., Shih A., Mueller D., Thomas R.E. Analysis of oxygen binding-energy variations for BaO on W // Applied Surface Science. 1992. V.59. P.227-237.

112. Medvedev V.K., Smereka TP. II Soviet Physics of Solid State. 1973. V.15. P.507-520.

113. Gorodetskii D.A., Knysh A.N. The study of structure and work function of barium oxide films and the Ba-0 double system on the (0001) face of rhenium: II. Double Ba-O-Re (0001) system // Surface Science. 1973. V.40. P.651-668.

114. Makarov A.P., Kuliashev O.K. A work model for barium dispenser cathodes with the surface covered by metal Os, Ir or Os <Ir> W alloy layer // Applied Surface Science. 1997. V.l 11. P.56-59.

115. Tuck R.A. Thermionic cathode surfaces: the state-of-the-art and outstanding problems // Vacuum. 1983. V.33. P.715-721.

116. Fang C.S., Tse W.S. Re/Ir/W and Os/Ir/W alloy coatings on impregnated tungsten cathodes // Applied Surface Science. 1988. V.33/34. P. 1189-1199.

117. Thomas R.E., Gibson J. W. Work function variation versus alloy concentration for dispenser cathodes // Applied Surface Science. 1987. V.29. P.49-66.

118. Green M.C., Skinner H.B., Tuck R.A. Osmium-tungsten alloys and theirrelevance to improved M-type cathodes // Applications of Surface Science. 1981. V.8.P.13-35.

119. Green M.C. Report RADC-TR-81-211, Rome Air Development Center, Air Force Systems Command, New York, 1981.

120. Forman R. The role of oxygen in the low work function surface complex of barium on oxygen on tungsten (substrate) // Applied Surface Science. 1986. V.25. P.13-31.

121. Tsukada M., Tsuneyuki S., Shima N. Reionization mechanism of neutralized He in low energy ion scattering spectroscopy // Surface Science. 1985. V.164. P.L811-L818.

122. Tsuneyuki S., Tsukada M. Theory of the reionization process observed in low-energy He+-surface scattering // Physical Review B. 1986. V.34. P.5758-5768.

123. BlewettJ.P. The Properties of Oxide-Coated Cathodes. I // Journal of Applied Physics. 1939. V.10. P.668-679.

124. Cortenraad R., Denier van der Gon A.W., Brongersma H.H., Gaertner G., Manenschijn A. Surface analysis of thermionic dispenser cathodes // Applied Surface Science. 2002. V.191. P.153-165.

125. Gaertner G., Geittner P., Raasch D., Rilz A., Wiechert D.U. Dynamic shielding during ion bombardment of Ba dispenser cathodes // Applied Surface Science. 1999. V.146. P. 12-16.

126. Brongersma H.H., Mul P.M. Analysis of the outermost atomic layer of a surface by low-energy ion scattering // Surface Science. 1973.V.35. P.393-412.

127. Методы анализа поверхностей: // Под ред. Зандерны А. М.: Мир, 1979. 582С.

128. Kelly R. Ion Bombardment Modification of Surfaces: Fundamentals and Applications. Editors: Auciello 0., Kelly R. Elsevier, Amsterdam, 1984. 347 P.

129. Willmaack К. Energy dependence of the secondary ion yield of metals and semiconductors // Surface Science. 1975. V.53. P.626-635.

130. Oechsner H. Sputtering of polycrystalline metal surfaces at oblique ion bombardment in the 1 keV range // Zeitschrift f. Physik A. 1973. V.261. P.37-58.

131. Gaertner G., Geittner P., Raasch D., Wiechert D.U. Supply and loss mechanisms of Ba dispenser cathodes// Applied Surface Science. 1999. V.l46. P.22-30.

132. Naumovels A.G., Vedula Y.S. Surface diffusion of adsorbates // Surface Science Reports. 1985. V.4. P.365-434.

133. King A. Surface diffusion of adsorbed species: a review // J. Vacuum Science and Technology. 1980. V.l7. P.241-247.

134. Jones D., McNeely D., Swanson L. W. Surface and emission characterization of the impregnated dispenser cathode // Applications of Surface Science. 1979. V.2. P.232-257.

135. Naumovels A.G., Poplavsky V.V., Vedula Y.S. Diffusion and phase transitions in barium monolayers on the (011) plane of tungsten // Surface Science. 1988. V.200. P.321-334.

136. Thomas R.E. Diffusion and desorption of barium and oxygen on tungsten dispenser cathode surfaces // Applied Surface Science. 1985. V.24. P.538-556.

137. Manenschijn A., van der Heide P., Deckers S. 1994 Tri-Service/NASA Cathode Workshop, Cleveland, Conference Record, 177.

138. Chen D.S., Lindau L, Hecht M.H., Viescas A.J. Surface studies of the tungsten dispenser cathode//Applications of Surface Science. 1982. V.13. P.321-328.

139. Littmark U., Hofer W. The influence of surface structures on sputtering: angular distribution and yield from faceted surfaces // Journal of Materials Science. 1978. V.13. P.2577-2586.

140. Полетика И.М., Жердев A.M., Панин B.E. Мелкокристаллитная внутренняя адсорбция d-металлов в разбавленных сплавах на основемолибдена//ФММ. 1981. Т.1, вып.З. С.583-591.

141. Seah М.Р. Interface adsorption embritt element and fracture in metallurgy // Surface Science. 1975. V.53. P.168-212.

142. Сытник А.Я. Разработка технологии активной очистки и обезгаживания металлопористых и металлосплавных катодов в процессе откачки ЭВП СВЧ, обеспечивающей получение интенсивных электронных потоков. Диссертация канд.техн.наук. Фрязино, 1984. 213С.

143. Лалшин С.А. Поглощение водорода и образование метана в омегатроне // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. 1972. Вып.5. С.27-35.

144. Бродниковский Н.П., Верменко J1.А., Коновалюк С.И., Ракитин С.П. Структура и свойства алюминатов бария-кальция ЗВаОСаОА12Оз // Электронная техника. Сер. 6, Материалы. 1980. Вып.4. С.20-28.

145. Гурков Ю.В., Дружинин Н.З., Куприянова Т.А., Некрасов В.И. Эмиссионно-микроскопические и рентгеновские исследования поверхности металлопористого катода// Изв. АН СССР. Сер. Физическая. 1974. Т.38. №11. С.2270-2275.

146. Vanghn I., Dudley К. The deactivation impregnated cathodes due to metal vapors II Vacuum. 1961. V.l 1. N2. P.77-79.

147. Коваленко В.Ф. Скорости испарения металлов и допустимые температуры деталей ЭВП // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. 1970. Вып.7. С.60-73.

148. Гугнин А.А. Влияние паров железа, пермендюра и серебра, на термоэлектронную эмиссию пропитанных алюмооксидных катодов // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 1, Электроника. 1965. Вып.4. С. 142-153.

149. Попов Б.Н., Гугнин А.А. Исследование влияния кислорода и окислов углерода на эмиссию импрегнированного и металлопористого катодов // Радиотехника и электроника. 1958. Т.З. №8. С.1024-1030.

150. Salm P., Stratun A.J. Osmium dispenser cathodes II Philips Techn. Rev. 1966. V.27. №3/4. P.69-79.

151. Набоков Ю.И., Козлов В.И., Андреев А.А. Влияние паров металлов на эмиссию металлопористых катодов, покрытых пленкой осмия // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. 1975. Вып. 12. С.75-80.

152. Ходневич СП. Анализ переходного участка шкальной характеристики неоднородного катода // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. 1970. Вып.7. С. 132-137.

153. Масленников О.Ю., Матюшин С.А., Титов Ю.В., Астахова К.А. Влияние параметров осадированного металлопористого катода на его нелокальные характеристики // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. 1989. Вып.8. С.48-53.

154. Киселев А.Б. Катоды и катодные узлы долговечных электронных приборов // Обзоры по электронной технике. Сер. СВЧ-техника. М.: ЦНИИ «Электроника». 1992. Вып.11. С.1213-1220

155. Свойства и применение металлов и сплавов для электровакуумных приборов. Справочное пособие // Под ред. Нилендера Р.А. М.: Энергия. 1973. С.3-27.

156. Kimura S., Higuchi Т., Ouchi Y., Uda E., Nakamura 0. Emission characteristics of dispenser cathodes with a fine-grained tungsten top layer // Applied Surface Science. 1997. V.l 11. P.60-63.

157. Higuchi Т., Nakamura O., Matsumoto S., Uda E. Pore geometry of dispenser cathode surface vs. emission characteristics, and Ba recovery characteristics after ion bombardment // Applied Surface Science. 1999. V. 146. P.51-61.