автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Разработка и исследование многоканальной системы измерения параметров электронных пучков вакуумных приборов

м-'

л

V«

Санкт-Петербургский Государственный электротехнический Университет

На правах рукописи

ТУПЩЦН Александр Д»итриевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ ВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ

Специальность: 05.27.02 - вакуумная и плазменная электроника

Автореферат диосертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском .государственном электротехническом университете

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Сушков А.Д. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Иванов С.А. кандидат технических наук Медовиков B.C.

Ведущая организация - ОКБ МГП АО "Светлана"

Защита состоится "' /в " 1993 г. в - /^час.

на заседании специализированного совета К 063.36.09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета по адресу: 197376, г.Санкт-Пет.ербург, ул.Проф.Попова, 5

диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке университета -Автореферат разослан " г.

Ученый секретарь специализированного совета

Попов В.Ф.

ОБЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, ьоздание новых и развитие существующих ва-ууиных электронных приборов (ВЭП) предъявляют все более жесткие ребования к электронно-оптическш системам (ЭОС) этих приборов, '.к. они (ЭОС) в значительной мере определяют параметры ВЭП. Нес-отря на широкое распространение и развитие методов и средств чис-енного моделирования работы ВЭП в целом и ЭОС в частности, при азработке приборов не удается исключить применение методов экспе-шентального исследования, совокупность которых в последнее время ыделилась в самостоятельную отрасль экспериментальной электроники ■ диагностику пучков заряженных частиц. Это связано, прежде всего, | тем, что в рамках одной модели затруднительно учесть все многообразие физических процессов, протекающих в ЭОС и влияющих на фор-[ирование электронных пучков. К таким процессам можно отнести избиение геометрии электродов ЗОС под действием тепла, неравномер-юсть эмиссии катодов, линзовый и островковый эффекты в плоскости :еток, процессы яассопереноса и т.д. В ряде случаев бывает затруд-ительно реализовать расчетную геометрию электродов из-за малости [х размеров; иногда ограниченные возможности современных средств ¡Т ке позволяют добиться требуемой точности как, например, в пуш-гах с автозмиесионнымя катодами из углеродного волокна, .де структуры формируемых пучков определяются конкретным микрорельефом по-¡ерхности.

В то же время не существует универсальных методов и средств деагностики ЭОС, которле позволили бы получать всю интересующую информацию, что усложняет и удорожает процесс исследования. Совре-¡енные измерительные устройства позволяют контролировать один, ма-гсимум - два параметра ЭОС, в то время, как для объективного лред-:тавления о работе ЭОС и выявления причин отклонения от нормальной заботы часто требуется отслеживать значительно большее количество траметров.

Кроме того, с развитием ВЗП, появляется необходимость форми-ювания пучков большого диаметра со сложной структурой или пучков : повышенными требованиями к однородности, многолучевых пучков. 1ля исследования таких пучков с хорошей точностью в приемлемых вре-сенннх рамках используются различные автоматизированные системы,

обеспечиващие как управление экспериментом, так и обработку результатов. Однако, как и большинство измерительных устройств, эт системы предназначены для регистрации одного параметра в процесс каждого конкретного эксперимента, что ухудшает сопоставимость ре зультатов измерения различных параметров.

В связи с вьплеизложеннъм была сформулирована цель работы, « торая заключалась в разработке, исследовании.и использовании авч матизированной системы для многопараметрического многоканальногс анализа ЗОС. Для достижения поставленной цели необхопимо было ре шить следующие задачи:

1. Создание многофункционального измерительного устройства (датчика), позволяющего осуществлять регистрацию различных параметров ЭОС.

2. Разработка методики и устройств, ооеспечиващих одноврем ный многоканальный съем информации с датчика и ее преобразование для регистрации.

3. Разработка автоматизированной системы для управления изм рениями.

. Использовались методы численного моделирования работы многс функционального измерительного устройства (датчика) с помощью пр граммы траекторного анализа

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Показана принципиальная возможность применения одиночной электростатической линзы в составе измерительного зоцца с полупр водниковой ыигаешодля измерения как продольных, так и радиальных (поперечных) составляющих скоростей электронов при сохранении из вестных достоинств такого зонда: высокая чувствительность и разр шащая способность.

2. На основании исследования влияния геометрии одиночной эл ктростатической линзы на ее характеристики в качестве анализатор скоростей электронов, оптимизированы ее размеры и получена граду ровочная характеристика, определена теоретическая погрешность из мерений.

3. Показана и экспериментально подтверждена возможность бес контактного определения степени соосности электронного пучка и а ного отверстия с помощью полупроводниковой мишени измерительного зонда по оптическому излучению термокатода.

4. Предложен способ снижения тепловой нагругзки на измеритель-й зонд за счет более эффективного использования механизма ето-цной электронной эмиссии при рациональном выборе материала и нфигурации измерительного зонда. Проведена количественная оцен-

снижения тепловой нагрузки.

5. Разработана и реализована на практике защищенная авторс-•л свидетельством конструкция многофункционального измерительно-

зонда с оптически чувствительной полупроводниковой мишенью, зволяющая измерять плотность тока электронного пучка, интенсив-сть оптического излучения термокатода, поперечные и продольные орости электронов пучка.

6. Предложена методика и разработан комплект устройств, поз-дяющих осуществлять практически одновременный съем с измеритель-го зонда информации об измеряемых параметрах ЭОС, что повышает эсотавимость результатов и облегчает анализ качества работы ис-здуемой ЭОС.

7. Экспериментальна исследовано влияние конструкций и элект-цеских режимов работы управляющих сеток на макро- и микрострук-ру электронного пучка. Показано, что структура сетки определяет

только неравномерность плотности тока пучка, но и искажения рмы его поперечного сечения. При этом абсолютное значение нерав-лерности плотности тока с уменьшением потенциала сетки, несмотря общее уменьшение тока пучка,.может возрастать вследствие сов-:тного действия островкового и линзового эффектов в плоскости гки.

Практическая ценность работы.

I. Предложенный способ измерения поперечных скоростей элект--ЮВ' пучка позволяет расширить функциональные возможности измеримого зонда не ухудшая его основных характеристик - чувстви-1Ьности и разрешающей способности.

2.. Разработанное многофункциональное измерительное устройство энд) позволяет производить одновременное измерение нескольких раметров ЭОС.

3. Разработанная автоматизированная система обеспечивает опе-гивную регистрацию различных параметров ЭОС, обеспечивая тем са-I сопоставимость результатов и значительно облегчая анализ рабо-ЭОС при значительном сокращении затрат времени на проведение шрений.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Использование в "измерительной головке коаксиального зонда с полупроводниковой мишенью одиночной электростатической линзы позволяет расширить функциональные возможности зонда при сохранении высокой чувствительности и разрешающей способности, обеспечивая измерение таких параметров, как плотность тока электронного пучка, продольные и поперечные скорости электронов и интенсивность оптического излучения тёрмокатодов для бес контактного определения положения электронного пучка в .выходно; отверстии ЗОС.

2. Предложенная схема автоматизированного многоканального съема информации с измерительного зонда позвпяет обеспечить практически одновременное измерение совокупности разнородных параметров ЭОС.

3. Предложенные методы и устройства тепловой защиты измерительного зонда с полупроводниковой мишенью более чем на 30$ расширяют диапазон мощностей анализируемых электронных цучков.

Аппробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• - Всесоюзном научно-техническом семинаре "Физический эксперимент", Москва, НИИ "Титан" 1939 г.

- У1 Международной школе по вакуумным, электронным и ионным технологиям, Варна, Болгария, 1989

- Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЗТИ им.В.И.Ульянова(Ленина), 1988-1992 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе одни тезисы и восемь статей.

Реализация и внедрение результатов. Разработанные измерительное устройство и автоматизированная система использовались при исследовании приборов "Комета" и "Клапан" - ЛОЭЛ "Светлана Оптически чувствительные зонды переданы в НИИ "Титан".

О^ъем и структура работы, диссертация состоит из введения четырех разделов, заключения и списка .литературы, включавшего 55 наименований. Основная часть работы изложена на 126 страницах машинописного текста. Работа содержит 60 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулиро-щ цель и задачи, изложены основные научные результаты и положе-я, выносимые на защиту.

В первом разделе рассмотрено современное состояние дел в об-сти диагностики электронных пучков. На основе анализа литературы | данному вопросу сделано заключение о том, что одним из наиболее .спространенных методов экспериментального исследования электрон-IX пучков является метод подвижной диафрагмы с отверстием. Данный ¡тод характеризуется достаточно высокой точностью измерения пара-¡тров пучков, относительной простотой реализации и принципиально )зволяет производить измерение различных параметров. Рассмотрение »стоинств и недостатков конкретных устройств, реализующих данный !тод показывает, что наиболее существенным недостатком этих уст-)йств является их недостаточная чувствительность и, в связи с

низкая разрешающая способность. Традиционным путем повышения 'вствительности, как следует из литературы, является использова-1е внешних усилителей. Однако их применение в большинстве случаев ^раничено уровнем собственных шумов и помех в соединительных ли-1ях. Другим способом повышения чувствительности является исполь-звание электронных умножителей в измерительных устройствах. Они асполагаются непосредственно в области взаимодействия с электрон->м пучком, являясь датчиками, и обладают большим усилением и низ-ми собственными шумами. Однако малогабаритные умножители имеют 1лый диапазон линейной работы, а высоколинейные электронные умно-1тели имеют большие габариты, что делает невозможным их использо-шие. Еще одним решением является использование в качестве датчи-

3 полупроводниковой мишени, представляющей собой обратносмещеншй -п-переход, облучаемый электронами исследуемого пучка. Такая ми-энь обладает малыми габаритами, достаточно большим усилением и згоокой линейностью, широкополосностью. На основании этого делает-

4 заключение о предпочтительности использования полупроводниковых ;;шеней в измерительных устройствах.

Отмечается, что другим недостатком измерительных устройств, эализующих метод подвижной диафрагмы с отверстием является то, что ни предназначены, как правило, для измерения одного из параметров

пучков по одному информационному каналу, в то время как многоканальные измерения позволяют многократно ускорять процесс исследс вания. Делается вывод о предпочтительности многоканальных измере ний. В то же время такие многоканальные измерения также не позвс ляют получить информацию о различных параметрах пучков.

На основе публикаций анализируется состояние дел в области автоматизации измерения параметров электронных пучков. Показывав ся, что в настоящее время существует три уровня автоматизации: в томатисация процесса сканирования электронных пучков '(электронно или механического), автоматизация управления экспериментом й per страцией информации, автоматизация управления экспериментом с па раплельной обработкой информации и выдачей ?.е в требуейой форме Отмечается, что все существующие системы позволяют в процессе од ного эксперимента измерять значение лишь Одного параметра,- что з трудняет сопоставимость результатов измерений различных параметр

На основании анализа литературы, проведенного в рамках данн го раздела сделаны выводы о необходимости разработки многофункци нального измерительного устройства, обеспечивающего измерение со вокупности разнородных параметров электронных пучков и создания автоматизированной системы, обеспечивающей одновременную многока нальцую регистрацию данных параметров.

Второй раздел посвящен разработке диафрагмированного коллек тора (зоцда) для многоканальных измерений параметров ЭОС. В нем производится Еыбор конструкции зоцда, взятой в качестве прототип Рассматриваются различные конструктивные схемы зондов с полупроводниковыми мишенями, отличающиеся функциональными возможностями Проводится обоснование выбора конструктивной схемы зонда, положен ной в основу разрабатываемой конструкции.

Приводятся результаты экспериментального исследования характеристик полупроводниковых мишеней, предназначенных для использования в разрабатываем сил зонде. На основании усредненных выходных характеристик полупроводниковых мишеней (зависимости тока мишени от напряжения обратного смещения для различных токов бомбардируюс ее поверхность электронов) даются рекомендации по выбору электрических режимов мишени и величины сопротивления нагрузки при авто1. тизированном измерении параметров пучков для получения максимал! ной линейности усиления. Исследуется зависимость коэффициента yci

пения мишени по току от энергий бомбардирующих ее электронов. Показано, что начиная с энергий 6,5-7 кэВ усиление возрастает практически линейно с ростом энергий и для 10 кэВ может составлять 1800 - 2000 (теоретический предел 2500). Приводятся результаты измерения температурной зависимости ВАХ мишеней.

Показано, что электрические характеристики полупроводниковых мишеней, предлагаемых для параллельной регистрации оптического излучения термокатодов и отличающихся от мишеней, характеристики которых рассматривается вше тем, что они имеют не сплошную, а сетчатую контактную металлизацию активной области, почти не имеют отличий за исключением того, что они позволяют расширить диапазон энергий регистрируемых электронов в стороцу малых значений примерно на 34$.

Проведенное измерение спектральной чувствительности обычных и оптически чувствительных (с сетчатой металлизацией) мишеней в оптическом диапазоне показало, что для данных типов мишенэй зависимости качественно совпадают и имеют максимумы в области видимого света и ближней инфракрасной зоне, что делает возможным их использование для регистрации излучения термокатодов. В то же время крутизна преобразования оптически чувствительной мишени примерно на два порядка выше, что делает предпочтительным ее использование в измерительном зонде.

Исследована возможность использования одиночной электростатической линзы в составе зонда для измерения поперечных скоростей электронов пучка. Рассмотрена линза, состоящая из трех тонких диафрагм с малыми соосными отверстиями. Отверстие во второй диафрагае приблизительно в два раза больше отверстий в крайних диафрагмах, равных ме^цу собой. Для известного из литературы соотношения для симметричной линзы

где Г - фокусное расстояние; I* - длина линзы; Ц{ и - потенциалы крайних и средней диафрагм . соответственно, получено аналитическое выражение, позволяющее по радиусу пучка в плоскости третьей диафрагмы и соотношению потенциалов "Цз и определять отношение поперечных \/'1Ж скоростей электронов к продольным VI.

VDM _Чр _ *

С помощью данного выражения получены градуировочные характеристик» VRM/VZ для различных значений Ч-о •

Для определения влияния сделанных при выводе приведенного выражения допущений на результаты определения скоростей проведено численное моделирование работы данной симметричной линзы с помады программы ANTRA . Получена градуировочная характеристика. На основании сравнения градуировочных характеристик определена область применимости аналитического выражения для определения VRM/VZ Показано, что с погрешностью не более.30^'могут быть измерены поперечные скорости VRИ<V2•iO~i,.

С целью снижения разностей потенциалов мевду диафрагмами проведена оптимизация геометрии электростатической линзы. Показано, что несимметричная линза обладает лучшими характеристиками. Для те кой линзы, взятой за основу измерителя скоростей, путем моделировг ния'получена градуировочная характеристика, позволяющая измерять поперечные скорости VRM40,016VZ . Определена теоретическая погрешность измерения поперечных скоростей с помощью данной линзы исходя из точности работы программы /NTM и диапазона возможных плотностей токоа исследуемых пучков (максимальное значение определяется полупроводниковой мишенью), которая для данного диапазона VRM не превышает и снижается с увеличением. VRM . Рассмотрено влияние различных технологических отклонений геометрических размеров линзы на погрешность измерения поперечных•скоростей.

Предложен способ снижения тепловой нагрузки на измерительный зонд за счет более эффективного использования механизма вторичной эмиссии при рациональном выборе материала и конфигурации зонда. По казано, что основной вклад в тепловую разгрузку (уносимую с поверх ности зонда энергию) вносят упруго и неупруго отраженные электрона Истинно вторичные электроны, несмотря на их большое количество, об ладают малой собственной энергией и практически не влияют на уноси мую энергию, поэтому они исключены из рассмотрения снижения разогрева зонда за счет вторичной эмиссии. Показано, что доля мощности

шктронног'о пучка, идущая на нагрев зонда принципиально может быть тижена на одну треть путем перехода от одного материала к другому зт алюминия к золоту). Произведена оценка снижения мощности, иду-;Й на нагрев зонда, происходящего при переходе от плоской диафраг-I, перехватывающий наибольшую часть исследуемого пучка, к коничес-5й. На основе экспериментальных данных, имеющихся в литературе, о ээффициентах неупругого отражения, их зависимости от угла падения зрвичных электронов, энергетических спектрах вторичных электронов ценено суммарное снижение рассеиваемся зондом мощности. При пере-)де от плоской диафрагмы из нержавеющей стали, меди, молибдена к лшческой 'танталовой или с вольфрамовым покрытием мощность, выде-пощаяся на зонде, снижается на 33 - 38%.

Разработана и описана базовая .конструкция измерительного зон-1 с полупроводниковой мишенью для измерения плотности тока, попе-:чных и продольных скоростей электронов, интенсивности оптическо-) излучения термокатодов. Экспериментально оценена предельная мощ-)сть рассеяния разработанного зонда и измерена электрическая прочить измерителя скоростей электронов..

Третий раздел-касается вопросов разработки автоматизированной ютемы многоканальных измерений параметров ЭОС. В нем сформулиро-шц требования к автоматизированной системе в целом с учетом воз-жностей разработанного измерительного зонда и необходимых раэме-)в полей сканирования и времени измерения параметров исследуемых )С. Разработана структура автоматизированной системы и определены нснические характеристики входящих в нее блоков .{быстродействие, :одные сопротивления каналов измерения различных параметров ЭОС, гвствительности и коэффициенты усилений, максимально допустимые :одные напряжения).

Автоматизированная система включает в свой состав программный гак, осуществляющий управление измерениями по определенной прог-мме, распределительное устройство, осуществляющее обработку сиг-лов зонда и преобразование в удобно для регистрации форлу, ре-[стрирущие устройства, привод перемещения измерительного зонда в .куумной камере анализатора электронных пучков, устройства формования электрических режимов исследуелых ЭОС (источники постоян-[х и импульсных сеточных смещений), находящиеся под высоким потен-:алом, управление которыми осуществляется черяз цепи вьтсокосальт-

ной оптической развязки, и устройство управления анализатором ск ростей электронов пучка.

Описана структура программного блока, взаимодействие устрой ств, входящих в него, работа оператора с блоком и приведен алгоритм, определяющий последовательность работы автоматизирчванной системы.

Разработаны принципиальные схемы каналов измерения плотност тока, поперечных и продольных скоростей электронов, оптического излучения термокатодов и канала тепловой защиты полупроводниково мишени. Описана работа каналов и их принципиальные отличия друг друга. Приведены результаты стендовых испытаний каналов, показан соответствие их реальных характеристик предъявляемым к ним требо ваниям.

Разработано оригинальное коммутирующее устройство с разделе ными для различных измеряемых параметров нагрузками полупроводни новой мишени., благодаря которому обеспечивается ^выделение малой фото-ЭДС полупроводниковой мишени при измерении интенсивности оп тического излучения на фоне превышающего его на 5 -<6 .порядков .и пряжения умещения полупроводниковой мишени

Рассмотрена последовательность работы каналов ,и коммутируют го устройства и их взаимодействие. Приведена времеддая диаграмма

В выводах по данному разделу приведены реально.полученные х рактеристкки узлов и блоков автоматизированной системы и сделана заключение о ее работоспособности в целом.

В четвертом -разделе приводятся примеры экспериментального л следования ЭХ с.помощью разработанного зонда и автоматизирован« системы.

Исследовано влияние конструкций и потенциалрв ..управляющих о ток ЭОС на форму ч микроструктуру электронных пучков в триодных аксиально-симметричных электронных пушках с оксидными катодами ¡д аметром 6 мм и тремя различными структурами сеток: эквидистантно паркетной типа "кирпичная кладка" и паркетной типа "ёлочка".. Буш исследованы в импульсном режиме при анодных потенциалах 10 кВ,, с точных 0 В и токз1' около 10 мА. Поперечные сечения пучков анализ ровались на расстояниях 2 мм от анода и 25 мм от «атода. Экоп^ри Мент показал, что. несмотря на аксиальную симметрию пушек., пучки не являются акеинльно симметричными. При эквидистантной сетке ¡пу

ки по форме близки к прямоугольным,-для "кирпичной кладки" пучки принимают эллипсную форму. Наиболее близкую к аксиально-симметричной форме пучка позволяют формировать .пушки с паркетными сетками типа "ёлочка". Это объясняется тем, что в двух первых случаях в результате действия линзового эффекта в плоскости сетки электроны приобретают преимущественно поперечные скорости в одном направлении, нормальном к нитям сетки. В третьем случае таких преимущественных направлений два. Дополнительное "сглаживающее" действие на форму пучка во втором случае оказывают перемычки - короткие стороны ячеек сетки. В то же время периферийная часть пучков далека от аксиальной симметрии во всех трех случаях. Для устранения этого' рекомендуется применение паутинообразных или сетовых сеток, обладающих К тому же повышенной формоустойчивостью.

Исследование влияния потенциала сетки на микроструктуру электронного пучка проводилось на триодной аксиально-симметричной пушке с паркетной сеткой типа "ёлочка". Показано, что при уменьшении потенциала сетки возрастает относительная неоднородность тока пучка. При этом, несмотря На уменьшение общего тока пучка, может возрастать и абсолютная неоднородность тока, что проявилось в данном эксперименте. Предположительно это' вызвано совместным действием линзового действия сетки и островкового эффекта (размеры ячеек сетки составляли 350 мкмх175 мкм, расстояние катод-сетка в холодном состоянии 250 мкм).

Проведено исследование соосности'электронных пучков триодных пушек и выходных анодных отверстий в режиме ручного перемещения измерительного зонда и при работе автоматизированной системы. Получены изолинии . токов пучков на фоне анодных отверстий исследованных пушек. Для триодной пушки с эквидистантной сеткой и катодом диаметром 3 мм выявлено смещение электронного пучка относительно осй анодного отверстия диаметром 8 мм практически без оседания на его края, являющееся результатом несоосности катодного и анодного ' узлов пушки. В триодной пуике с паркетной сеткой типа "ёлочка" с циаметром катода 3 мм отмечено сильное диафрагмирование пучка анодным отверстием диаметром 3 мм. При этом пучок расположен в отверстии практически соосно с ним и имеет плоскую вершину.

Предложено две методики "привязки" полученных эквипотенциалей тока пучка к контуру анодного отверстия. Первая - по спадам распре-

деления интенсивности оптического излучения строится контур анодного отверстия. Применима для случаев весьма малого расстояния зонд-анод, так как при этом данные распределения близки к прямоугольным и их спады определяются краями анодного отверстия. В этом случае получается непосредственное изображение анодного отверстия в оптических лучах. Вторая методика применяется при удалении зонда от анода. При этом происходит "размывание" профилей оптического излучения и "привязка" ведется не к краям отверстия, а к его оси по осям полученных профилей оптического излучения. Погрешность такого способа "привязки" составляет не более 10$ для пучков диаметром не менее I мм.

Исследована зависимость поперечных скоростей электронов от потенциала анода для триодной пушки с эквидистантной сеткой. Потенциал сетки был неизменным и равнялся нулю. Потенциал арода менялся от 2,75 кВ до 4,6 кВ. Измерения проводились с помощью анализатора скоростей разработанного измерительного зонда. С помощью упомянутой выше градуировочной кривой были получены значения.максимальных поперечных скоростей. При увеличении анодного потенциал* б указанных пределах поперечные скорости возрастали с 0,78$ до 1,25$. Параллельно проводилась оценка поперечных скоростей по расширению профиля пучка в области малых плотностей токов при анодноь напряжении 4,6 кВ. Для разных уровней плотностей токов приращения ширины был:, различны и соответствующие им поперечные скорости колебались от 0 до 5$. В области плотностей токов от 0,1 до 0,025 о^ максимальной среднее значение йоперечной скорости составляет 0,8$ Эта величина по порядку близка к полученной с помощью измерителя скоростей зонда, что косвенно подтверждает достоверность полученных значений скоростей. В то же время точность такого усредненной значения невысока. Рост величины поперечных скороотей с увеличением анодного потенциала в исследуемой ЗОС объясняется увеличением отличия неизменного потенциала сетки от естественного.

В заключении приводятся основные результаты работы:

I. Проведен обзор публикаций по существующим измерительным устройствам, реализующим метод диафрашы с отверстием, для исследования электронных пучков, проанализированы их достоинства и недостатки. Показаны преимущества многоканальных однопараметричепки> измерений характеристик пучков и перспективность многопараметрических измерений.

2. Исследована возможность применения в измерительных зондах одиночной электростатической линзы для измерения радиальных (поперечных) и осевых (продольных) составляющих скоростей электронов. При этом установлено, что несимметричная линза, при прочих равных условиях, имеет большую чувствительность, по сравнению с симметричной и обеспечивает ее при меньшей разности потенциалов мевдг диафрагмами. Для выбранной геометрии линзы получена градуировочная кривая. Показано, что теоретическая погрешность измерения радиальных скоростей УЙМ 5» 0,002\/£ составляет д УйМ/\/ЯМ40,06. Проведен анализ влияния технологических допусков на погрешность измерения радиальных скоростей электронов.

3. Проведено исследование электрических и оптических характеристик полупроводниковых мишеней сб сплошным и сетчатым металлическим покрытием активной области. Показано, что применение сетчатого покрытия с коэффициентом заполнения 0,14 повышает спектральную чувствительность мишени в оптическом диапазоне приблизительно на два порядка по сравнению с мишенями со сплошным покрытием. .Максимум спектральной чувствительности располагается в длинноволновой части видимого спектра и в'ближней инфракрасной зоне, что позволяет эффективно регистрировать оптическое излучение термокатодов. Кроме того, применение сетчатого покрытия позволяет примерно на 34% снизить пороговую энергию мишени.

4. Рассмотрены возможности снижения тепловой нагрузки на и. мерительный зонд за счет более эффективного использования явления вторичной электронной эмиссии. Показано, что путзм.правильного выбора материала и конфигурации диафрагмы измерительного зонда диапазон мощностей иссле,дуемых пучков мажет быть расширен более чем

в три раза.

5. Разработана базовая конструкция измерительного зонда с полупроводниковой мигзенью для исследования ЭОС, обеспечивающая измерение плотности тока электронных пучков, продольных и максикальшх радиальных составляющих скоростей электронов, интенсивности оптического излучения тзрмокптода.

6. Разработана, изготовлена и испытана простая в упраслснии, компактная автоматизированная система многоканальных измерений параметров ЭОС, предназначенная для работы с многофункциональна измерительным зондом. Автоматизированная система включает в себя

программный блок, осуществляющий управление перемещением измерительного зонда и определяющий порядок съема информации и распределительного устройства, позволяющего считывать с зоцца информацию о параметрах ЭОС, представляющую собой совокупность сильно различающихся по форме, амплитуде и длительности электрических сигналов. _ . ■ .

7. Благодаря наличию в составе автоматизированной системы устройства тепловой защиты, диапазон мощностей исследуемых электронных пучков может быть расширен в десятки раз, так как полупроводниковая мишень, определяющая предельно допустимую мощность, гарантирована от выхода из строя' потому, что устройство тепловой защиты отключает исследуемую ЭОС при разогреве мишени и не включает ее до остывания мишени.

8. С помощью разработанного зонда проведено экспериментальное исследование влияния конструкции управляющей сетки в триодной ЭОС на макро- и микроструктуру электронного пучка. Показано, что максимальные искажения формы пучка вызывает сетка в виде параллельных нитей (эквидистантная). Наименьшие искажения формы пучка вызывает паркетная сетка типа "ёлочка". В пушках с потенциалом сетки, не превышающим потенциала катода, с понижением сеточного потенциала отмечается увеличение относительной неравномерности распределения тока электронного пучка, вызванное совместным действием остповкового и линзового эффектов в плоскости управляющих сеток.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Дмитриев Г.И., Иванов Б.В., 1^пицын А.Д. Разработка устройства автоматизированного вывода информации о структуре электронных пучков малого диаметра// Изв. ЛЭТИ: Сб.науч.тр./Лецингр. электротехн. ин-т им.В.И.Ульянова (Ленина). - Л. - 1586. - Вып.36£ - С.9-14.

2. Дмитриев Г.И., Ладода Л.П., Тупицын А.Д. Экспериментальное исследование электронных пучков триодных ЭОС на анализаторе// Изв. ЛЭТИ: Сб.науч.тр./ Лениигр. электротехн. ин-т ал .В.И..Ульянова ренина). - Л. - 1938. - Вып.398. - С.14-18.

3. Иванов Б.В., Сушков А.Д., Т>пицын д.д, Теоретическое и экспериментальное исследование характеристик полупроводникового циода, облучаемого ускоренным электронным пучком// Микроэлектронные устройства. Проектирование и технология: Межвуз.науч.сборник/ КрПИ. - Красноярск, 1988. - С.102-107

4. Иванов Б.В., Сушков A.A., Сушков А.Д., '1упицын А.Д. Коаксиальный зонд с полупроводниковой мишенью для исследования электронно-оптических систем// Приборы и техн.эксперим. - 1988. - № 3.

- С.178-179.

5. Sushlcov A.D., Tupitsin A.D. Experimental Analysis of 31'ectron Beanas Formed By Electron Guns V/ith Control Grids// Sixth International School on Vacuua, Electron and' Ion Technolo-;les: Aïstraete» - Varna, Bulgaria, 19B9» - P.4.

6. Землянскйй A.B., Ыатросова Э.А., Сушков А.Д., Тупицын А.Д. Погрешности измерений Ьйоростного состава влектронного пучка измерительным зоццовым устройством с полупроводниковой мишенью// Вакуумная и плазменная электроника: Межвуз.науч.сборник/ РРТИ. - Рязань, 1989. - С.26-31.

7. Тупицын А.Д. Реализация возможностей высокочувствительных зондов при автоматизированием исследовании ЭОС// Изв.ЛЭТИ: Сб. , кауч.тр./Ленингр.электротехн.ин-т им.В.И.Ульянова (Ленина). - Л.-1991. - Вып.434. - С.42-46.

8. Сушков А.Д., Тупкцнн д.д. Экспериментальный анализ пучков, формируемых триодными электронгеыи пушками с управлявши сеткой //Электрон, техника. Сер. I Электроника СЕЧ. - 1991. - fenЛ(435).

- С.56-57.

9. Тупицын А.Д. Измерительное устройство для анализа параметров электронно-оптических, систем в расширенном диапазоне онергий// Изв. ЭТИ: Сб. науч. тр./ Санкт-Петербургский электротехн. ин-т им.В.И.Ульянова (Легаша). - С.-Пб. - 1992. -.Вып.454. - С.52-55.