автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Теория и практика создания системы автоматизированного проектирования вторично-электронных канальных умножителей

На правах/укоииси

Ои3476ББ

Гончаров Игорь Николаевич

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВТОРИЧНО-ЭЛЕКТРОННЫХ КАНАЛЬНЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ

Специальность 05.13.12 - "Системы автоматизации проектирования (промышленность)"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 7

Владикавказ - 2009

003476552

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Козырев Евгений Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Горбатов Дмитрий Николаевич

доктор физ.-мат. наук, профессор Кармоков Ахмед Мацевич

доктор технических наук, профессор Петров Юрий Сергеевич

Ведущая организация:

Московский Энергетический Институт (Технический Университет)

Защита состоится 9 октября 2009 г. в 14.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.246.01 при Северо-Кавказском горнометаллургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу: 362021, PCO Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (ГТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СКГМИ (ГТУ) Автореферат разослан « Я » d<2/W&<2.j2009 г.

Ученый секретарь совета,

к.т.н., доцепт (

А.Ю. Аликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ) в условиях ускоряющего электрического поля различной конфигурации - сложное явление, определяемое многими взаимосвязанными процессами, протекающими вокруг эмиттера, при облучении его первичными электронами. Данное явление лежит в основе работы многочисленных изделий вакуумной электроники: вторично-электронных умножителей, канальных электронных умножителей, микроканальных пластин (МКП), которые применяются в оборонной, космической, научной, социальной и других жизненно-важных сферах деятельности.

Приборы данного класса отличаются сложностью конструкции и технологии изготовления, а их действие вероятностностью протекающих процессов. Вместе с тем к канальным электронным умножителям предъявляются весьма жёсткие требования, в особенности это относится к многоканальным конструкциям, используемым для работы с широкими электронными потоками и применяемым в преобразователях и усилителях электронного изображения. Качество специальных устройств на их основе, например электронно-оптических преобразователей (ЭОП), применяемых в технике ночного видения, во многом определяется высокой усилительной способностью канальных умножителей, идентичностью работы отдельных каналов, низким уровнем шума, высокой разрешающей способностью, стабильностью работы. Микроканальная пластина является системообразующей сборочной единицей ЭОП, а режимы их функционирования взаимообусловлены.

Очевидно, что повышение эффективности и скорости решения задач разработки и исследования новых конструкций изделий вакуумной электроники и вторично-эмиссионных приборов в частности связано с наличием средств автоматизированного проектирования. Задача компьютерной разработки и исследования электронно-оптической системы (ЭОС) сводится к определению формы электродов и их потенциалов, обеспечивающих формирование потока электронов с заданными характеристиками. Известны средства САПР, позволяющие проводить в интерактивном режиме поиск оптимальных геометрий расположения электродов ЭОС и напряжений на них для получения требуемых характеристик систем электронной оптики вакуумных электронных приборов с широкими

электронными пучками, таких как электронно-лучевые трубки, ин-верторные электронно-оптические преобразователи, фотоэлектронные умножители в их прикатодной области и др. Данные средства широко применяются при расчете траекторий рабочих электронов, исследовании характеристик изделий: коэффициента увеличения, разрешающей способности, дисторсии электронного изображения, коэффициента сбора электронов.

Процессы разработки и анализа функционирования ЭОС изделий вторично-эмиссионной электроники в значительно меньшей степени обеспечены соответствующими САПР. Задача моделирования поведения электронов в условиях вторично-эмиссионного умножителя является более сложной, поскольку предусматривает не только расчет траекторий электронов в условиях однородных и неоднородных электрических полей и различных граничных условий до взаимодействия с препятствием-мишенью,- но и моделирование вероятностного явления вторичной эмиссии и дальнейшего продвижения в электрическом поле соответствующего количества вторичных электронов.

Сложность применения метода синтеза при разработке изделий вторично-эмиссионной электроники обусловлена значительными математическими трудностями, возникающими при его реализации, потребностью в весьма большом объёме оперативной памяти ЭВМ и её высоком быстродействии. При этом важно отметить, что в полном объёме не решена задача анализа данных конструкций и их функционирования, как этапа синтеза, т.е. задача определения характеристик формируемого потока вторичных электронов при заданных геометрии и потенциалах системы.

Задача создания средств высокоадекватного автоматизированного анализа процессов в многоканальном умножителе и прилегающих областях изделий применения весьма актуальна и подразумевает моделирование однородных и неоднородных электрических полей в объеме канала различной формы сечения с учетом соответствующих граничных условий, обусловленных особенностями изделий применения, а также в зазорах фотокатод - пластина и пластина - катодолюминесцентный экран; моделирование поведения электронов в условиях данных полей; моделирование процессов взаимодействия первичных электронов с резистивно-эмиссионным слоем канала и эмиссии вторичных электронов в соответствии с положениями теории; обработку результатов исследований.

Цель работы состоит в создании комплекса методов, моделей, алгоритмов и программных средств проектирования и исследования изделий вакуумной электроники с вторично-эмиссионным канальным умножением на примере микроканальной пластины, а также проведение расчётов траекторий движения электронов в электрическом поле в различных каналах и прилегающих областях специальных устройств (ЭОП), работающих в разных режимах.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- осуществление критического анализа известных математических моделей канальных электронных умножителей, определение проблем и направлений их развития;

- разработка алгоритма автоматизированного проектирования канального умножителя с учётом необходимых требований и целевых задач;

- разработка математических моделей электрических полей в объёме каналов с учётом формы их сечения, особенностей конструкции, а также граничных условий на примере микроканальной пластины, как системообразующей единицы специальных устройств;

- разработка математической модели траекторий движения электронов в каналах и прилегающих областях специального устройства;

- проведение программной реализации разработанных средств;

- моделирование процессов электронного усиления в различных каналах, а также энергетических и угловых распределений электронов, вылетающих из каналов;

- моделирование явления токового насыщения в канале;

- критический анализ полученных результатов с учётом соответствующих экспериментальных исследований МКП и микроканальных ЭОП на установках измерения электронно-оптических параметров;

- выработка рекомендаций, направленных на повышение качества МКП продукции.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Принцип построения алгоритма САПР канальных умножителей. Обоснование выбора критериев оптимальности, параметров

оптимизации и метода оптимизации в задаче автоматизированного проектирования канальных усилителей.

2. Метод определения граничных условий на входе и выходе канальных умножителей с учётом особенностей изделия применения и структуры торцевой поверхности умножителя.

3. Математическая модель, описывающая распределение электрических полей в объёмах каналов вторично-эмиссионных умножителей различной формы сечения, с учётом влияния внешних электрических полей, формируемых электродами изделий применения.

4. Машинно-ориентированные математические модели траекторий движения электронов в различных каналах, а также в прилегающих областях изделий применения для автоматизированных расчётов в рамках САПР приборов вакуумной эмиссионной электроники.

5. Математическая модель, описывающая явление токового насыщения в канальном умножителе.

6. Расчётные зависимости, отражающие степень влияния различных отклонений в сечении каналов МКП на чистоту поля зрения (ЧПЗ) электронного изображения, на формирование характерных дефектов ЧПЗ "тёмная и светлая сотовые структуры".

7. Зависимости, отражающие влияние различных особенностей конструкции и режима эксплуатации МКП, а также специальных устройств на угловое и энергетическое распределение электронов, вылетающих из каналов.

8. Расчетные зависимости, указывающие на влияние процессов зарядки стенок каналов на их усилительную способность.

Методы исследования: математическое моделирование физических процессов на ЭВМ, алгоритмизация и программирование поставленных задач, методы теории электрического поля, численные итерационные методы решения линейных алгебраических уравнений, системный анализ, теория вероятностей, статистические методы обработки результатов экспериментов с использованием ЭВМ, моделирование на основе пакетов прикладных программ "Е MOVE" и "GLASER", натурное моделирование, промышленный эксперимент, разрушающий и неразрушающий контроль, экспертный метод.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. Разработаны принципы построения системы автоматизированного восходящего проектирования вторично-эмиссионных электронных умножителей на примере микроканальных пластин, как системообразующих единиц специальных устройств.

2. Разработаны универсальные математические модели распределения электрического поля в объёме канального электронного умножителя с различной формой сечения с учётом граничных особенностей поля на выходе и входе канала.

3. Разработаны универсальные математические модели траекторий движения первичных и вторичных электронов в условиях канала и высоковольтного экранного промежутка, а также в зазоре фотокатод-МКП электронно-оптического преобразователя.

4. Разработан новый метод моделирования граничных условий на выходе из каналов в высоковольтный экранный промежуток изделий применения, позволяющий учитывать структуру торцевой поверхности пластин (матрицу каналов), исследовать пространственные электрические поля сложной конфигурации и отличающийся уменьшенной потребностью в оперативной памяти ЭВМ.

5. Разработана модель, отражающая в динамическом режиме влияние эффекта токового насыщения в канале умножителя на его усилительную способность.

6. Установлено и описано влияние технологических отклонений диаметров каналов МКП, а также формы их сечений на усилительную способность каналов при различных питающих напряжениях; промоделирована степень воздействия данных дефектов каналов на чистоту поля зрения электронного изображения изделия применения.

7. Разработана модель определения угловых и энергетических распределений электронов, устремляющихся к люминесцентному экрану из различных каналов и в различных условиях, определены соответствующие диаметры изображений каналов.

8. Разработано и реализовано математическое обеспечение САПР в виде комплекса алгоритмов автоматизированного расчёта и анализа канальных умножителей различных конструкций в условиях специальных устройств.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Определены граничные условия электрических полей многоканальных электронных умножителей с учётом структуры их

торцов (строения матрицы каналов), позволяющие исследовать электрические поля сложной конфигурации с использованием меньшего объёма оперативной памяти ЭВМ.

2. Промоделированы распределения электрических полей в объёме каналов вторично-электронных умножителей различной формы сечения с учётом граничных условий, а также в прилегающих областях изделий применения.

3. Промоделировано поведение электронов в различных каналах при разных значениях параметров усиления, а также траекторий электронов перед входом в канал и после выхода из него.

4. Реализован комплекс алгоритмических продуктов для автоматизированного расчёта и анализа канальных электронных умножителей, ориентированный для САПР данных изделий.

5. Установлена степень влияния внешних условий и стохас-тичности процессов в канале, отклонений в его диаметре и в форме сечения на его усилительную способность; электрических и геометрических факторов на поведение дефекта "сотовая структура" МКП.

6. Получены результаты анализа поведения электронов в промежутках фотокатод - вход микроканальной пластины, выходной торец МКП - люминесцентный экран. Определена степень влияния различных факторов на угловое и энергетическое распределение электронов и диаметр кружка рассеяния изображения канала.

7. Промоделирована степень влияния процесса зарядового явления - токового насыщения на распределение электрического поля в канале и его усилительную способность.

8. Разработана виртуальная библиотека фрагментов конструктивных элементов многоканальных умножителей различных конструкций и режимов функционирования.

9. Созданные средства САПР позволили во многом заменить дорогостоящее промышленное исследование и макетирование рассматриваемого класса изделий численным экспериментом на его математической модели. Основные результаты проведённых исследований используются в организациях, занимающихся проектированием электронно-оптических систем изделий вакуумной электроники и в учебном процессе в вузе при подготовке специалистов электронной техники.

Достоверность научных разработок. Полученные в работе результаты базируются на принципах теории электрических полей,

законов движения электронов в них и имеют достаточное научное обоснование, так как выполнены с использованием развитого математического аппарата в пределах общепринятых упрощающих допущений. Разработанные методы реализованы в машинно-ориентированных алгоритмах и программах. Эффективность и достоверность предложенных методов и алгоритмов обеспечена сопоставлением основных результатов, полученных на основе методов математического моделирования, с итогами имеющихся соответствующих расчётов, опубликованных в различных литературных источниках, а также путём воспроизведения зависимостей на физических моделях (макетах).

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы в ходе выполнения отдельных её разделов был и доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе:

Международных: "Международный форум по проблемам науки, техники и образования" (Москва, 1997 г.); "Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информацио-логии" (Москва, 1999 г.); Новые информационные технологии в науке, образовании, экономике" (Владикавказ, 2002 г.); "Циклы природы и общества" (Ставрополь, 2005 г.); "Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий" (Владикавказ, 2007 г.);

Всероссийских: "Потенциал развития России XXI века" (Пенза, 2009г.);

региональных: ежегодных и юбилейных научно-технических конфе-ренциях СКГТУ в период с 1997 по 2008г.; на расширенных заседаниях кафедры "Электронные приборы" СКГТУ (Владикавказ, 2007-2009гг.).

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» с использованием потенциала ведущих научных школ Российской Федерации, по грантам Президента РФ ведущей научной школы России НШ-634.2008.8, НШ-1998.2006.8. Соискатель являлся ответственным исполнителем в соответствующих темах: "Создание методов математического моделирования микроканальных структур" 2005-2008 г.; "Исследование свойств и параметров поверхно-

стей каналов микроканальных пластин в зависимости от воздействия различных физико-химических факторов" 2008-2009 г.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из 7 глав, введения, заключения, списка использованной литературы из 152 наименований и 2 приложений, содержит 257 стр. машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросам теории вторичной электроники, связанной с описанием распределений электрических полей и поведения электронов в электронно-оптических системах и канальных умножителях, посвящено немало монографий и учебников. Данные проблемы рассматриваются в работах И.М. Бронштейна, Б.С. Фраймана, Г. Брюининга, А.Р. Шульмана, С.А. Фридрихова, П. Шагена, С.К. Ку-лова, М.М. Бутслова, А.Г. Берковского, А.Н. Изнара, Б.Н. Брагина, А.Е. Меламида, Н. Косиды, Е.П. Семёнова, В.Г. Травина, и др.

В меньшей степени освещены проблемы математического моделирования физических процессов, свойственных для рассматриваемых изделий и разработки систем их проектирования. Среди авторов, исследовавших данные вопросы, следует выделить: А.Геста, М.Силадьи, Р. Бинса, П. Лауренсона, Ю.Г. Якушенкова, Л.П. Лазарева, C.B. Дебновецкого и Л.Д. Писаренко, А.Г. Гуртовника, В.Н. Евдокимова, A.A. Кудрю, A.M. Тютикова, Д.Н. Горбатова и др.

Проведённый в первой главе диссертации анализ работ, посвященных теории и моделированию физических процессов, протекающих в многоканальных умножителях, показал, что в них не в полной мере учтены особенности граничных условий изделий, создаваемых в специальных устройствах; не найдены возможности моделирования распределений электрических полей и поведения электронов в каналах (матрице каналов), имеющих отклонения в геометрии; весьма слабо освоена область моделирования зарядовых явлений. Во многих работах задача автоматизированного исследования процессов вторично-электронного умножения в условиях ускоряющего электрического поля считается двумерной. Очевидно, что такой подход упрощает её решение, однако он не позволяет в полной мере отразить картину распределения электрического поля, например при анализе процессов в канале, имеющем отклонения в сечении от круглого, при расчётах неоднородностей электрическо-

го поля, образуемых под влиянием входной и выходной металлиза-ций несимметричной формы в канале и т.д.

В рамках данной диссертации разработаны трёхмерные модели распределения электрического поля в каналах с учётом граничных условий, обусловленных в частности строением торцевой поверхности многоканального умножителя, влияния внешних электрических полей высокой напряжённости. Также разработаны трёхмерные модели поведения электронов в условиях однородных и неоднородных электрических полей внутри каналов, на их границах и в прилегающих областях изделий применения, в частности в электронно-оптических преобразователях.

Анализ литературных источников показал, что во многих случаях машинные исследования вторично-эмиссионных процессов носят только исследовательский характер, поскольку используемые модели и алгоритмы не позволяют решать задачи оптимизации конструкции. Таким образом, задачи анализа и синтеза автоматизированного проектирования изделий вторичной электроники не решены в достаточном объёме. Поэтому актуальны рассматриваемые в данной диссертации проблемы разработки адекватных моделей процессов, характерных для канальных электронных умножителей и микроканальных пластин, создания комплекса машинно-ориентированных алгоритмов их решения для систем автоматизированного проектирования и анализа особенностей функционирования данных изделий.

Во второй главе, посвященной разработке алгоритма САПР многоканальных электронных умножителей и методики решения оптимальной задачи, отмечается, что при моделировании процессов ВЭЭ в матрице каналов необходимо рассмотреть следующие вопросы:

1. Математическое описание явлений на входе в канал с учётом распределения электрического поля в указанной области. Моделирование траектории движения фотоэлектрона в данных условиях до первого соударения со стенкой. Коэффициент вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) первого удара зависит от энергии и угла взаимодействия. Энергии вылета вторичных электронов с эмиссионной поверхности определяются энергией первичных, углы вылета соответствуют косинусоидальному распределению в пространстве. Глубина проникновения фотоэлектрона в канал до взаимодействия со стенкой канала определяется с учетом угла его

подлёта к ней. Рассматриваются процессы взаимодействия фотоэлектронов с торцом многоканального умножителя, анализируются вероятности возврата вторичных или отражённых электронов с торцевой поверхности обратно на торец или их попадания в один из соседних каналов.

2. Моделирование процессов вторичного умножения в канале в условиях однородного поля, формируемого равномерно распределённым по длине канала потенциалом, включает расчет каскадов усиления. КВЭЭ каскадов усиления и энергии вылета вторичных электронов зависят от энергий удара первичных, а также определяются соответственно первым и вторым параметрами вторично-эмиссионной эффективности Р и у. Фактический коэффициент вторичной эмиссии после каждого взаимодействия находится с учётом рассчитанного КВЭЭ с использованием закона Пуассона, определяющего вероятность эмиссии п вторичных электронов при воздействии одного первичного. Угловое распределение вторичных электронов косинусоидальное.

Алгоритм построен таким образом, что осуществляется последовательный расчет каждого отдельного каскада, вызванного эмиссией одного электрона, до момента вылета электрона из канала или прекращения существования каскада внутри канала. При взаимодействии первичных электронов со стенками в оперативной памяти ЭВМ формируется информация о координатах и энергии удара для дальнейшего моделирования процесса эмиссии соответствующего количества вторичных электронов. Общий коэффициент усиления канала М определяется суммированием всех электронов, вылетевших из канала. Разработанная модель позволяет анализировать усилительную способность канала, имеющего нарушения геометрии от круглой формы сечения, а также учитывать влияние зарядовых явлений на стенках в конечной области канала.

3. Моделирование процесса выхода электронов из канала в высоковольтный экранный промежуток. На данном этапе рассчитывается неоднородное электрическое поле с учетом влияния потенциала внешних электродов ЭОП, а также конструкции канала и торцевой поверхности пластины. Определяются и анализируются угловое и энергетическое распределения электронов, диаметр кружка рассеяния электронного изображения на экране.

Общий вид разработанного алгоритма САПР канальных умножителей приведен на рисунке 1. Задача синтеза в данном алгоритме содержит три этапа:

1. Выявление условий физической реализуемости модели, включающее определение структуры (конструкции) канального умножителя и прилегающих областей изделия применения, задание его рабочих параметров и условий функционирования.

2. Решение задач аппроксимации, в процессе чего разрабатываются физически реализуемые функциональные, статические модели электрического поля на входе и выходе канала, ускоряющего поля в канале умножителя с учётом граничных условий, а также модели поведения электронов в объёме канала и экранного промежутка ЭОП.

3. Задача реализации, включающая определение структуры и параметров проектируемого (исследуемого) канального умножителя.

Среди учитываемых при расчетах характеристиках конструкции изделия необходимо выделить: средний диаметр канала с!к, калибр канала а, особенности его сечения в случае отклонения от круглой формы в пределах технологических допусков (степень эллиптичности ц/, оцениваемая в данном случае значениями большой а и малой Ь полуосей эллипса сечения), средний шаг структуры каналов 5, особенности исследуемого элемента выходной поверхности МКП (участок с редким рядом, участок с густым рядом), длины и особенности конфигураций входной 1ме/вх. и выходной Ше/вых. металлизации стенок канала, расстояния фотокатод-МКП 1ф/к и пластина-экран 1ЭК_ в изделии применения. Учитываемые электрические параметры таковы: напряжение питания МКП [Уд//<77, разность потенциалов между фотокатодом и входом МКП 11ф/к, между выходной поверхностью пластины и экраном иЭКр, а также величина входного тока 1вх и сопротивление МКП Кмкп при учёте зарядовых явлений.

Этап анализа в разработанном алгоритме САПР включает исследование канального умножителя с использованием математических моделей, отражающих с заданной точностью его свойства. Критериями оптимальности следует считать: коэффициент усиления Ми диаметр кружка рассеяния электронного изображения канала <1р, определяющий разрешающую способность МКП и характеризуемый

Выбор структуры, задание рабочих параметров и условий функционирования умножителя

^-

Разработка матем. модели электрического поля в канале и прилегающих областях изд. применения

1

Разработка математической модели поведения электронов в канале и прилегающих областях изделия применения

4

Реализация моделей и проверка их адекватности

— Адекватны ляЧи

модели? да

Разработка и реализация алгоритма поиска оптимального решения

Разработка ТЗ на изделие

Ввод исходных данных в ЭВМ и расчёт поведения первичных и вторичных электронов

Рисунок 1 - Алгоритм разработки САПР канальных умножителей

моделируемыми энергетическим и угловым распределениями электронов, вылетающих из канала. Варьируемые параметры оптимизации а и ¡Ме/вых-

При достижении соответствия значений всех критериев оптимальности поставленным в исходном задании условиям проектная процедура прекращается. Если проектное решение не достигнуто, согласно алгоритму осуществляется автоматическое изменение геометрических, электрических параметров канального умножителя и повторный ввод данных в ЭВМ - решается задача оптимизации, выбора наилучшего решения при заданных ограничениях. Для математической модели проектируемого прибора требуется провести поиск оптимальных параметров, обеспечивающих максимум одной из наиболее важных технических характеристик. В данном случае такой характеристикой следует признать коэффициент усиления М. При этом другой критерий оптимальности с1р должен удовлетворять техническим требованиям.

Согласно алгоритму, приведенному на рисунке 1, в ходе выполнения процедуры синтеза осуществляется поиск оптимальных значений двух параметров: калибра канала а и длины выходной металлизации IМе/вых> поэтому следует использовать один из многомерных методов поиска. Необходимо отметить, что автоматизированное проектирование канального умножителя подразумевает исследование вероятностного явления и поэтому с целью набора статистической расчётной информации требует проведения большого количества (до нескольких тысяч) процессов моделирования формирования электронной лавины, определяющих значения критериев оптимальности М и йр. С целью уменьшения потерь на поиск необходимо использовать детерминированный способ оптимизации. Выбор конкретного метода среди всей совокупности многомерных детерминированных способов поиска глобального экстремума осуществлялся с учётом особенностей целевой функции, которая была получена путём моделирования, поэтому характеризуется сложным видом и не имеет производной. Поиск оптимальных проектных параметров в данной работе следует проводить эффективным и экономичным прямым способом вращения координат, т.е. методом Розенброка - улучшенным методом покоординатного спуска. В нём в процессе поиска автоматически меняется положение координатных осей таким образом, чтобы одна из них совпала с направлением гребня пространства проектирования, а другая была

бы ей перпендикулярна. Такое преобразование позволяет весьма эффективно двигаться вдоль гребня до тех пор, пока точка экстремума не будет локализована с заданной точностью е. Выбор шагов движения указывается в исходных данных перед началом поиска. Он производится из следующих соображений: для уменьшения потерь поиск начинается с большими шагами, в среднем достигающими нескольких процентов от значений управляемых параметров в отображающей точке. Рекомендуемые начальные значения шагов составили: а - 0.5 единиц, 1Ме/вых ~ О.Змкм. После выполнения условий, свидетельствующих о попадании в окрестность экстремума, шаг автоматически уменьшается в три раза для уточнения решения. Выбор пробных точек осуществляется с использованием априорной информации.

САПР канальных вторично-эмиссионных умножителей, общий алгоритм которой представлен на рисунке I- удовлетворяет принципам включаемости, информационной согласованности, открытости.

Третья глава диссертации посвящена разработке математического обеспечения САПР канальных умножителей. Для машинного исследования процессов в многоканальном умножителе необходимо разработать математическую модель распределения электрического поля в одном канале с учётом влияния прилегающих к входу и выходу канала областей изделия применения. Процессы размножения электронной лавины в соседних каналах будут развиваться в аналогичных условиях. Если движение электронов внутри каналов МКП при малых входных сигналах и напряжениях питания происходит под влиянием однородного ускоряющего поля, то в их входной и выходной частях в условиях, заданных конструкцией изделия применения - электронно-оптического преобразователя, формируются неоднородные поля, обусловленные граничными условиями. При формировании граничных условий модели электрического поля в канале учитывалась реальная структура торцевых поверхностей МКП, т.е. расположение каналов на торце в соответствии с конструктивными понятиями "семейство и ряд каналов", а также влияние внешнего поля, для чего строилась матрица каналов. На рисунке 2 приведены две проекции элемента выходной части МКП (участок с густым рядом каналов) и прилегающей области высоковольтного экранного промежутка ЭОП. Они наложены на сетку с шагом 1 мкм.

а) выходная поверхность; б) боковое сечение Рисунок 2 - Конфигурация выходной поверхности и бокового сечения МКП

Диаметр каналов йк =10 мкм, шаг структуры МКП равен 12 мкм. Высота и ширина участка, соответствующие направлениям осей координат X и У, составляют по 40 мкм. Задаваемая глубина (направление Ъ), включающая выходную металлизированную область каналов и прилегающее к торцевой поверхности пространство высоковольтного экранного промежутка, также равна 40 мкм. Трёхмерная система позволяет рассматривать не только различные конструкции торцевых поверхностей, но и моделировать электрические поля в каналах, имеющих отклонения от симметрии в их сечении.

Таким образом, расчёт распределения электрического поля предлагается проводить в совокупном пространственно-временном масштабе каналов МКП и прилегающих областей изделия применения. Исходя из этого, а также с точки зрения наиболее рационального использования оперативной памяти ЭВМ при решении трёхмерной задачи моделирования однородных и неоднородных электрических полей для расчёта траекторий электронов в многоканальном умножителе и соседних областях ЭОП, данную задачу необходимо разбить на три отдельных последовательных этапа. Они таковы:

1) моделирование и расчёт распределения поля в объёме промежутка фотокатод-МКП и во входной части канала;

2) моделирование и расчёт распределения поля в объёме зазора МКП-экран, а также в выходной части канала;

3) моделирование и расчет обобщённого распределения ускоряющего поля непосредственно в канале и в случае необходимости в прилегающих областях специального устройства с учетом результатов, полученных ранее.

Математическая модель электрического поля канала строится на основе уравнения Лапласа для электростатического поля в вакууме, поскольку объёмный заряд электронов в канале МКП в режиме эксплуатации в составе ЭОП весьма мал и не оказывает прямого влияния на распределение электрического поля в канале. Оно имеет вид:

V2t/ = о, - (1)

где V2 - дифференциальный оператор Лапласа, форма которого зависит от выбора координатной системы, 1/м2; II- потенциал поля, В.

Уравнение (1), описывающее в трёхмерной декартовой системе координат электрическое поле, приобретает вид:

д2и дги д2и п

-5- +-7- + —= о , (2)

дх2 ду 022 ' к '

где х, у, г- значения координат в декартовой системе, м.

Наиболее удобно произвести приближенное (численное) решение данного уравнения методом конечных разностей. Рассмотрим схему канала МКП, приведенную на рисунке 3. Разделим рассчитываемую область путем нанесения на объем канала квадратной сетки. Необходимо определить значения потенциалов, удовлетворяющие уравнению Лапласа в ячейках сетки, расположенных внутри области, при известных граничных условиях - распределении потенциала в стенках канала, а также на его входе и выходе. Линии сетки выбраны совпадающими с направлением координатных осей X, У и 2, шаг сетки к принят равным 1мкм. Если задача решена, то потенциалы в ячейках сетки должны удовлетворять уравнению Лапласа (2).

С помощью формулы Тейлора, которая позволяет для известного значения функции и её производных в точке а определить значение функции в соседней точке х, отстоящей от неё на малое расстояние (х-а), равное шагу сетки, можно записать приближенные

выражения для частных производных, входящих в уравнение (2). Обозначив расстояние (х-а) через И, можно записать:

1 — ячейки внутри канала (потенциал в них не известен); 2 - граничные ячейки с известным значением потенциала Рисунок 3 - Схема канала МКП

/(а + й)=/(х)=/(а)+|/'(й)+|-/"(«). (3)

Примем за величину а узел с индексами /, у, к:

.Л*

-+• дх 2 дх2

ди И2 д2и

дх 2 дх2 '

ди ,-+ к2 а2и

ду 2 ду2

ди И2 д21/

/+иЛ Ш ду 2 ду2 '

ди И1 д2и ди И2 д2и

и.. «,.,=[/.. .,-и.. .

/,7,4+1 & 2 аг2

(4)

Сложив почленно три группы равенств, получим:

V/..МЛ + ^ 1,7+1,* = +

¡г2д21Г

дх

2

¡12д2и

Ь2д2и

Из уравнений (5) следует:

з2и _ иц-\,к +и>,)*\,к-1иц,к,

дх 2 и2

д2и и, '-1 ,Л* + и

ду2 И2

д2и и > \),к-1 + и ¡,},к +1 + Ш ¡,],к

д2 2 и-

(б)

Подставляя выражения (6) в уравнение (2), получим:

й- ^ > С учетом того, что /г=1мкм, величину потенциала центральной ячейки через потенциалы соседних можно определить из выражения

Т! - +имл<+ицл-1 +иим\ /о\

и, л-----. (X)

Если для каждой внутренней ячейки сетки записать такое выражение, получится система линейных алгебраических уравнений, которая и является математической моделью электрического поля в канале умножителя. Для её решения эффективно использовать итерационный метод. В созданной САПР на всех участках ЭОС граничные условия соответствуют задаче Дирихле для уравнения Лапласа, т.е. в каждой точке на границе заданной области известно значение потенциала и требуется определить его распределение внутри области.

После того, как решены задачи о поле, следует приступить к моделированию и расчёту траекторий первичных и вторичных электронов в нем. Движение электрона в электрическом поле описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка:

с!х <Л = V ; •X {¡V -Т _ Ш г т Е ; X

йу ¿1 58 V и "Ч е т ■Е ; У

¿г Л = V ; г сIV 2 .. Ж е т Е 2

где ск, с!у - изменение поперечных координат, м; ¿г - изменение продольной координаты, м; Л - изменение времени, с; Ух, Уу, Уг -проекции вектора скорости на оси х, у, г соответственно, м/с; Ех, Еу, Ег - рассчитанные напряженности поля, В/м; в - заряд электрона

1,6 -10"^ Кл; т - масса электрона 9,11-10"^^ кг.

Согласно методу Рунге-Кутта из уравнений (9) вычисляются проекции координат и скоростей электрона в конце каждого шага интегрирования на оси координат х, у, г соответственно: ¡, у,^¡, г/+/, а также Ух.+Уу.+1> Уг(+]- Шагом интегрирования следует

принять временной интервал АС, определяющий частоту пересчета точки местонахождения электрона - Д*=10"14с.

Для решения уравнений движения (9) необходимы начальные условия. К ним относятся координаты точки взаимодействия фотоэлектрона с эмиссионной поверхностью, вызвавшего явление ВЭЭ х0, у о, 2о, скорость вылета вторичного электрона У0, определяемые направлением и энергией влёта фотоэлектрона в канал. Аналогичные условия задаются и при моделировании процесса эмиссии каждого вторичного электрона со стенки канала. При этом эмиссия вторичного электрона (электронов) имеет место при наличии двух предпосылок:

1) Первичный электрон ударился о стенку канала. Данное условие выявляется с использованием следующего выражения:

{Х^к/2)2 + {у-с1к12)г>{с1к1г)2, (10)

где х и у- текущие поперечные координаты траектории первичного электрона, м; <1К - диаметр канала, м.

В случае, если исследуется канал с эллиптическим сечением, т.е. искаженной круглой формы, условие взаимодействия первичного электрона со стенкой можно получить, применяя каноническое уравнение эллипса. Условие взаимодействия следует представить в виде:

(х-а)2/сР+в>-Ь)2/Ь2=\, (11)

где а и Ъ - значения соответственно большой и малой полуосей эллипса, м.

2) Коэффициент вторичной электронной эмиссии ок, определённый с учётом вероятностности данного явления, должен быть равен величине, не меньшей чем единица.

Начальную скорость электрона при расчете его траектории движения в электрическом поле следует определять из выражения:

где/¡I/- потенциал, обуславливающий энергию старта электрона, В.

В данном случае при расчетах траекторий электронов следует различать начальные скорости У0 вторичных электронов, образованных под воздействием фотоэлектронов, влетающих в канал, и У0 вторичных электронов, возбуждаемых электронами, зародившимися в канале. В первом случае скорость У0 зависит.от разности потенциалов Л и между соответствующими электродами ЭОС изделия применения. Во втором, величина АII определяется суммой энергии, приобретённой возбуждающим электроном при его движении в ускоряющем поле канала и его энергии вылета, которая рассчитывается из выражения:

где ик - каскадный потенциал, В; у - характеристика резистивно-эмиссионного слоя (РЭС) канала, принимает значения 0,04 + 0,06.

Для расчёта значения проекций вектора скорости у0 на оси х, у, г необходимо было разработать методику определения (задания) углов вылета вторичных электронов с эмиссионной поверхности в объём канала. На рисунке 4 изображен канал с эмитируемым вторичным электроном, характеризующимся вектором начальной скорости у0. Отсчет углов направлений эмиссии вторичных электронов, имеющих косинусоидальное распределение, производится относительно нормали к поверхности канала, исходящей из точки вылета. Весьма важное значение имеет адекватность выявления геометрии и привязки к системе координат данной нормали, которая строится в точке удара о стенку канала первичного и старта одного или нескольких вторичных электронов. Поскольку она всегда перпендикулярна оси ОЪ и лежит в плоскости параллельной ХОУ, то соответствующую ориентацию направлений нормалей, исходящих

(12)

Я2я =ик-г

(13)

Рисунок 4 - Диаграмма процесса эмиссии вторичного электрона со стенки канала

из различных точек внутренней поверхности канала, необходимо моделировать относительно одной из осей плоскости ХОУ, например ОУ.

Отсчёт углов между воображаемой нормалью в любой точке канала различной формы сечения и осью координат ОУ в данной работе производится согласно схемам, представленным на рисунке 5. Сечения каналов были разбиты на 36 секторов, далее определялись углы между нормалями, исходящими от стенки канала в соответствующем диапазоне координат X и У и направлением оси ОУ для внесения в базу данных. На рисунке 4 один из таких углов обозначен через IVг

Далее, следует рассчитать значения проекций Р0 на оси координат, необходимые для решения уравнений (9). Уу вычисляется следующим образом (см. рисунок 4).

Гу = АгУ0-со*(Ъ+1Гт), (14)

где Иг/0/ - приращение к углу 1¥/ согласно косинусоидальному распределению; А1~ коэффициент, учитывающий направление Уу по

а) сечение канала круглое с1к= 10 мкм; б) сечение эллиптическое: а = 5,5 мкм, Ъ = 4,5 мкм

Рисунок 5 - К расчёту углов вылета вторичных электронов

отношению к оси OY, случайным образом принимает значения плюс или минус один.

Для определения значения Vx было введено понятие величины W2, являющейся углом между плоскостью XOY и вектором скорости . Молено записать:

Vt = A2-V0 ■ cos(90-(Wi +lVwl))-coslV2, (15)

где A2 - коэффициент, учитывающий направление Vx по отношению к оси ОХ, (по аналогии с А1 принимает значения: плюс или минус один).

Наконец, проекцию Vz согласно рисунку 4, можно представить следую-щим образом:

Уг = А, - V, ■ cos(90 - (W, + Wm)) • cos(90 - Г2), (16)

где Аз- коэффициент, учитывающий направление Vz по отношению к оси OZ, принимает значения: плюс или минус один.

Четвёртая глава диссертации посвящена разработке и реализации комплекса алгоритмов для САПР вторично-электронных умножителей. На основе созданных моделей построены и реализованы на языке Quick Basic 4.5 следующие алгоритмы: алгоритм расчёта распределения электрического поля в канальном умножителе и прилегающих областях ЭОП; алгоритмы расчёта поведения электронов и расчёта коэффициента усиления канала; алгоритм расчёта углового и энергетического распределений электронов на выходе из канала; алгоритм расчёта и анализа диаметра кружка рассеяния электронного изображения канала МКП на люминесцентном экране ЭОП; алгоритм расчёта поведения торцевых электронов в промежутке фотокатод-вход МКП ЭОП. На рисунке 6 построена обобщённая схема работы системы расчёта электрических полей и поведения электронов в них в условиях канального умножителя и прилегающих областях специальных устройств, которая отражает взаимосвязь операций и поток данных в системе.

В пятой главе приводятся результаты исследований процессов канального умножения, как этапов разработки и совершенствования изделий вторично-эмиссионной электроники, проведённых с использованием созданных средств. В ходе расчётов была произведена оценка адекватности моделей. Следует отметить весьма близкое соответствие полученных значений распределений электрических полей в канале круглого сечения и в его выходной части и ре-

I. Расчет распределен, электрического поля в зазорах специального устройства

2.Расчет распределен электрического поля в канале с учётом граничных условий

3.Расчет усилительной способности М; энергетического е и углового 8 распределений электронов

4,Расчет М с учётом явления токового насыщения

5.Расчёт и анализ диаметра кружка оассеяния

б.Анализ поведения электронов, взаимодействующих с входной торцевой поверх.

Воспроизведение введенной ранее информ. об ЭОС

Ввод геометр, и электр.хар-к ЭОС

Ввод заданного ранее распред-ния эл. поля в канале

Задание нового распред-я эл.поля

Вывод резуль-тов

Выход в ОС

Ввод из ПЗУ ЭВМ информации об электрич. поле

Расчет распредел. электрич. поля

Ввод из ПЗУ ЭВМ распред-я эл. поля в канале и экранном промежутке

Формирование в ОЗУ нового распределения с использованием файлов: Х.ВА5; У.ВАЭ;

Представление распред. эл. поля в формате табл. с выбором сечения ЭОС

Ввод из ПЗУ информации об элек.поле

Ввод значен.: U1.W1.W2, W Кмкп

Формирование в ОЗУ распределения элек. поля экранного промежутка

Формирование в ОЗУ распред-ния элек. поля в области торцевой поверхности МКП

Ввод эперг. и угловых усло-виий эмиссии эл-нов с торца

"0 г©

-© -© *©

Ввод из ПЗУ распределений эл. полей в канале и экранном промежутке Ввод информации об условиях влйта электронов в канал (значения: Ш, Wl, W2)

-О

Автоматический расчёт поведения первичных и вторич-х электронов в канале

"О

Ввод из ПЗУ информации о распределениях е и 0 (ф: Ь9.пк1,Ы0.ша,Ы1.ш<1)

Вывод на монитор конструкции торц. поверхнсти

Рисунок 6 - Схема системы расчёта траекторий электронов в канальном умножителе

©0.

©-

•с

Вывод результатов

Продолжение расчета распредел. эл. поля

Представление распред. эл. поля в виде таблицы с выбором сечения ЭОС на мониторе ЭВМ

Запись информации о поле в ПЗУ. Создание ф. послед, доступа: А-ВАБ. В.ВАБ. С.ВАБ

Формирование и запись файлов с выборочной информацией о поле в ПЗУ: Х.ВАБ.У.ВАЗ^.ВАЭ

0"

Расчет распределения элек. поля в объеме канала с учетом граничных условий

Запись информации о поле в ПЗУ. Создание файлов послед, доступа: А.ВАБ; В.ВА8; С.ВА5

О"*

о-

Автоматический расчет траекторий пера, и вторичных электронов в канале с учётом их взаимодействий со стенками

Автоматический расчет единичных КВЭЭ и общего значения М, значений в и 9

Формирование и запись ф. прямого доступа Ы.Ш(1 с инф.об М и файлов Ь9.пм1, ЫО.пх), Ь11.т<1с инф. об ей 9

Расчет значения М в выходной части канала

Автоматиче ский пересчет распред. электр. поля в вых. части канала

Расчет поведения электронов в условиях нового эл.

поля

Расчет общего значениям

Формирован, и запись файла прям, доступа Ы.т(1 с инф. об М

Автом. расчет траекторий электронов в экранном промежутке в соотв. со значениями е и 0

Расчет и статистическая обработка значений <)р

Автом. расчёт траектории электрона в зазоре ф/катод-вход МКП изд. применения

Построение траектории на фоне ЭОС на мониторе ЭВМ

Выход в операционную систему

Рисунок 6 (продолжение)

зультатов аналогичных исследований, проведённых В.Н. Евдокимовым и С.К. Куловым. Распределение поля и глубины проникновения эквипотенциалей при равных начальных условиях расчёта (с/к= Ю мкм, ИМК11гШ В, 1Ме/вых.~^5 мкм, иэкр=5 кВ, 1ЭК=\ мм) идентичны.

На рисунке 7 приведены результаты расчёта распределения электрического поля на выходе из канала десятимикронной МКП, собранной в составе ЭОП. Он имеет отклонения в сечении, которое представляет собой эллипс. На данном рисунке представлена картина поля непосредственно на выходе из канала, а также на расстоянии 1 мкм от выхода в направлении к экрану ЭОП. Как видно, расчёты в трёхмерной системе координат позволили установить степень нарушения симметрии электрического поля в выходной части эллиптического канала, характерного для условий функционирования умножителя, указанных в комментариях к рисунку.

а) _

800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800

800 800 800 800 808,8 809,3 809,3 808,8 800 800 800 800

800 800 809 811,8 813,3 813,9 813,9 813,3 811,8 809 800 800

800 800 808,7 812,3 814,5 815,8 816,3 816,3 815,8 814,6 812,4 808,8 айО 800

800 Доб.! 810,8 813,8 815,7 816,9 817,4 817,4 816,9 815,8 813,9 810,9 806,Я 800

б)

813,9 813,8 813,9 814,1 814,5 814,7 814,7 814,7 814,7 814,5 814,2 814 813,9 8!4

813,9 813,8 814,4 815,2 8*?,Г" 818,1 818,4 818,5 818Л 815,2 814,5 814 814

814,4 814,5 81*3 / 818,2 819,9 820,9 821,4 821,4 821 819,9 N 818,3 Ы6,6 N 814,7 814,5

814,8 / 81£3 818,1 820,2 821,8 822,8 823,2 823,2 822,8 821,9 820,3 818,2 815

815,6 '816,9 819,2 821,2 822,7 823,7 824,1 824,1 823,7 822,8 821,3 819,3 \ 817^ - 815,8

а) на выходе канала; б) на расстоянии 1 мкм от выходного торца Рисунок 7 - Распределение электрического аоля у канала с эллиптическим сечением у десятимикронной МКП (а = 6 мкм; 6 = 4 мкм) Ътшп =800 В, ¡Ме/вых.^5 МКМ, 4^=0,5 мм, иэк=5 кВ

Далее рассматриваются результаты расчётов коэффициентов умножения электронов М в каналах круглого сечения без учёта зарядовых явлений. Объектом исследований являлся канал МКПО 18-10. В данной пластине средний диаметр каналов с1к = 9,5 мкм, её толщина 400±20 мкм, при расчетах соответствующие значения составили: <3К =9,5 мкм; длина канала Ь= 400 мкм; калибр а = 44,2. В ходе машинных исследований учитывалось, что: первый и второй параметры вторично-эмиссионной эффективности РЭС каналов соответственно равны р= 0,23, у = 0,05; среднее значение КВЭЭ первого удара сг,= 4,75; 1Ме/вхг2 мкм; 1Ме/вых. =15 мкм; /эк=0,5 мм; 11эк=5 кВ. Расчетные значения коэффициентов усиления канала Мр, а следовательно и всей пластины, как совокупности отдельных каналов в диапазоне от 500 до 900В без учёта зарядовых явлений составили: при имкп = 500 В, Мр я 88,1; при имкп = 600 В, Мр =308,2; при имкп = 700 В, Мр ~ 1390; при имкп = 700 В, Мр « 3150; при имкп =900 В, Мр ~ 10332.

На рисунке 8 приведён результат расчетов, построенный в логарифмическом масштабе. Расчётная зависимость имеет вид прямой, что в действительности характерно для соответствующих эмпирических зависимостей и говорит о высоком уровне адекватности разработанных моделей. На этом же рисунке представлена экспериментальная зависимость, построенная для случая с минимальным входным током, при котором не возникает зарядовых явлений в канале. Относительная погрешность результатов в сравнении с соответствующими опытными данными не превысила 10-12%.

Созданные модели позволили также оценить степень влияния на процесс электронного умножения весьма незначительных отклонений в диаметре каналов, составляющих не более 2+2,5% от среднего значения, что близко соответствует реальным технологическим допускам. Исследованию усилительной способности при разных питающих напряжениях были подвержены каналы трех диаметров:

1. ёк= 9,5 мкм, арсал= 40,32;

2. ёк= 9,31 мкм (Ас!к= 2 %); схреал= 41,14 (Лсс=2 %);

3. ёк= 9,263 мкм {Айк = 2,5 %); ареал= 41,35 (Ла= 2,56 %).

1&М 5 |—

3 2 I

1.6

Рисунок 8 - Расчётная и эмпирическая зависимости )

В таблице 1 представлены результаты расчетов, из которых следует, что, несмотря на весьма незначительную разницу в диа-

Таблица 1 - Характеристики распределений значений М

Рассчитываемые характеристики имкп'В

500 600 700 800 900

1. с!к = 9,5 мкм М среднее о2-дисперсия распред. М а 88,1 5,859-103 76,5 308,2 4,525-104 212,7 1390 1,31-Ю5 1144,6 3150 5,722-Ю6 2392,1 10332 5,016-Ю7 7082,1

2. = 9,31 мкм М среднее о2-дисперсия распред. М о Д МСр отн. (1к = 9,5 мкм, % 73,6 3,62-103 60,2 -16,5 •305,2 5,95-10" 243,7 -1 1281,6 6,852-105 827,8 -7,8 3500 6,799-Ю6 2607,5 +11,1 11263 7,546-Ю7 8697 +9

3. <1к = 9,263 мкм М среднее с^-дисперсия распред. М с ДМсротн. <5к = 9,5мкм,% 68 3,993-Ю3 63,2 -22,8 280,6 5,264-10" 229,4 -9 1192,4 8,543-Ю5 924,3 -14,2 3205 5,024-106 2241,4 +1,7 10376 5,537-Ю7 7440,8 +0,5

метре исследуемых каналов, зафиксированы отличия в их усилении. При малых Ujmcn каналы с меньшим диаметром (большим калибром) относительно основного отличаются меньшим усилением. Начиная с напряжения питания, приближающегося к 800 В, усилительная способность данных каналов становится выше усиления канала с dK = 9,5 мкм.

Вариации коэффициентов усиления отдельных каналов или их групп приведут к появлению светлых или темных дефектов на электронном изображении. Поскольку каналы с отклонениями в диаметре чаще встречаются по периметру многожильных структур (МЖС) МКП у т.н. пограничных каналов, данное обстоятельство в значительной степени способствует появлению дефекта ЧПЗ "сотовая структура".

Инструментальный контроль МКП показывает, что отступления в геометрии пограничных каналов могут проявляться и в искажении формы их сечений. Вследствие влияния определенных технологических факторов, они могут принимать вид эллипсов правильной и неправильной формы. Очевидно, что распределение электрических полей, а также поведение вторичных электронов в таких каналах и условия их эмиссии со стенок будут носить особый характер. Это, в свою очередь, может повлиять на количество каскадов, каскадные коэффициенты усиления ак, их вариации и в конечном итоге на усилительную способность подобных дефектных каналов. Источников информации, в которых бы описывались результаты расчета коэффициентов умножения каналов деформированного сечения, установлено не было. Лишь в работах С.К. Кулова отмечается, что электронное усиление эллиптического канала можно рассматривать, как усиление эквивалентного круглого канала с диаметром, определенным при условии равенства площадей сечений эллиптического и эквивалентного круглого канала. Если а и b соответственно большая и малая полуоси эллипса, то:

S = каЪ; d3 = 2jab; аэ =ШЭ, (29)

где S - площадь сечения эллиптического канала, м2; d3 - диаметр эквивалентного круглого канала, м; аэ - его калибр.

Расчеты показывают, что d3 в большинстве случаев оказывается несколько меньше диаметра каналов правильной формы, поэтому калибр дефектного канала несколько больше. Как было установлено, канал с d3 больше нормы при определенных UMKn и входных токах будет усиливать слабее каналов, соответствующих нор-

мальному Поскольку видоизмененными, как правило, бывают пограничные каналы МЖС, то возможно проявление дефекта «темная сотовая структура», которая при росте 11мкп, вследствие увеличения усилительной способности пластины, может постепенно терять контраст и переходить в "светлую".

В ходе проведённых исследований с использованием разработанных моделей были рассмотрены дефектные каналы десятимикронной МКП:

1) Сечение в виде эллипса с большой полуосью а=5,5 мкм и малой полуосью ¿=4,5мкм (см. рисунок 56). Эквивалентный диаметр такого эллипса практически совпадает со средним диаметром каналов ¿4=9,5 мкм.

2) Сечение в виде эллипса с а=6 мкм и Ъ=4 мкм. Отклонение с/э такого канала относительно среднего <1К равно минус 2%, что соответствует рассмотренному ранее случаю с ¿4=9.31 мкм.

3) Сечение в виде эллипса неправильной формы, составленного из полуокружности с диаметром 8 мкм и полуэллипса с <2 = 6 мкм и Ъ- 4 мкм. Все остальные конструктивные особенности и условия эксплуатации соответствуют рассмотренным ранее: длина каналов 400 мкм, ¡Ме/вх. = 2 мкм, IМе/вых ~ 15 мкм, иэк= 5 кВ, /эк= 0,5 мм.

Средние значения коэффициентов усиления М и их распределения представлены в таблице 2 (для (5=0,22; (3=0,23; (3=0,24). Здесь же приведены отношения коэффициентов усилений каналов различных сечений, которые могут присутствовать в десятимикронной МКП, к усилению канала среднего диаметра ¿4=9,5мкм и к коэффициентам усилений соответствующих эквивалентных каналов. Из данной таблицы можно сделать следующие выводы:

1) Практически все каналы эллиптического сечения уступают по своей усилительной способности каналам правильной формы.

2) Различия в величине значений М эллиптических каналов в сравнении с круглыми возрастают с увеличением эксцентриситета эллипса-сечения.

3) Различия в усилении рассматриваемых дефектов каналов имеют место не только в сравнении с круглыми каналами среднего сечения, но и в несколько меньшей степени с каналами эквивалентного диаметра. Теория приведения в соответствие значений

Таблица 2 - Характеристики усиления сигнала у каналов эллиптической формы сечения

Параметры канала Рассчитываемые характеристики ¡3=0.22 0=0.23 ¡3=0.24

11мкп,В имкп, В имкп, В

500 600 700 800 900 500 600 700 800 900 500 600 700 800 900

1. о=5,5мкм; ¿>-4,5мкм (1эа9,5мкм Мер 36,7 129,2 503,8 1480,1 4697,5 84,1 300 1365,4 2370 7345 131,6 451,3 2089,2 5241,9 16758

Дисперсия 0 1188 1,М04 1.Н05 1.1-106 1.5-107 5423 4.5-104 9.3-105 3.2-106 2.8-107 9654 1.4-105 1.5-106 1.2-107 2-108

СКВОсг 34.5 102,8 319 1061,1 3834,3 73,6 212,6 960,6 1794,2 5305,3 98,3 373,8 1229 3472 14020

Относит.флукт.8(М) 0,94 0,8 0,63 0,72 0,82 0,88 0,71 0,7 0,76 0,72 0,75 0,83 0,59 0,66 0,84

Сиг/шум у 1,06 1,25 1,59 1,39 1,22 1,14 1,41 1,43 1,32 1,39 1,33 1,2 1,69 1,52 1,2

Мер / М 0 9,5,% -12,8 -18,3 -25,7 -15,8 -25,1 -4,5 -2,7 -1,8 -24,8 -28,9 -31,2 -25,3 -32,7 -13,9 -19,7

2. а - 6 мкм; 6 = 4 мкм (1^=9,31 мкм Мер 36,59 118,6 427,3 1214,2 2424,8 69,3 206,4 807,8 1875 4149 103,7 392,2 1132,5 3277 8374

Дисперсия 0 1216 1.2-104 1.5-105 5.5-105 4.2-106 4216 2.9-104 3.4-105 1.7-106 1.3107 6848 8-Ю4 НО6 5.1-106 3.1-107

СКВОсг 34,9 107,7 393,4 740,4 2051,4 64,9 169,6 583 1308,8 3572,4 82,8 283,2 1024 2252 5585

Относит.флукт.8(М) 0,95 0,91 0,92 0,61 0,85 0,94 0,82 0,72 0,7 0,86 0,8 0,72 0,9 0,69 0,67

Сиг/шум у 1,05 1,1 1,09 1,64 1,18 1,07 1,22 1,39 1,43 1,16 1,25 1,38 1,11 1,46 1,5

Мер/М 0 9,5,% -13,1 -24,7 -37 -44,7 -61,3 -21 -65,6 -41,9 -40,5 -59,8 -46,1 -35,1 -63,4 -46,2 -59,9

Мер/М0 9,31,% +2,8 -0,7 -35,1 -23,7 -56,4 -5,8 -32,5 -37 -46,4 -63,2 -22,7 -16,4 -65,9 -57,3 -60,2

3. Эллипс неправ, формы а = 6 мкм; ¿=4 мкм ёэ=9,31мкм Мер 29,9 118 448,2 959,6 2355 76,2 200,2 900,3 1351,6 4615 71,2 326,8 1282,7 1635,1 7625,4

Дисперсия 0 961 6,3-103 8.3-104 4,3 0 О5 2.6-106 3866 2.7-104 4,6-105 8.9-105 1.2-107 3354 6-Ю4 9.9-105 4.2-Ю6 3.3-107

СКВО а 31 79,2 287,7 658,4 1612,6 62,2 162,9 678,9 943,6 3495,5 57,9 243,9 993,6 2053 5753

Относит.флукт.6(М) 1,04 0,67 0,64 0,68 0,69 0,82 0,84 0,75 0,7 0,76 0,81 0,75 0,76 1,26 0,75

Сиг/шум у 0,97 1,49 1,56 1,46 1,45 1,23 1,19 1,33 1,43 1,32 1,23 1,34 1,32 0,8 1,34

Мер/М 0 9,5% -29 -25,4 -33,9 -45,3 -62,4 -13,5 -35,1 -35,3 -57,1 -55,3 -62,8 -46,1 -58,5 -73,1 -63,5

Мер/МО 9,31% -16 -1,1 -32 -39,8 -57,7 -3,5 -34,4 -29,7 -61,4 -59 -47 -30,1 -61,4 -78,7 -63,8

М эллиптических и эквивалентных им круглых каналов весьма приближённа. Она учитывает только фактор калибра, но не берет во внимание значительные изменения траекторий электронов, характерные для их движения в дефектных каналах.

4) Как видно из второго раздела таблицы 2, при (3 = 0,23, [3 = 0,24 и и^кп = 800, 900 В, усилительная способность каналов с в большей степени контрастирует с М эллиптических каналов. Это можно объяснить следующим образом: фактор калибра канала эквивалентного диаметра при определенных и^т приводит к превышению его усилительных способностей относительно канала среднего - более крупного диаметра. Как видно из таблицы 2, при ¡3=0,24 данное явление наступает уже при иш<п= 700 В. Исходя из этого, следует отметить, что идентификация усилительной способности канала эллиптического сечения с каналом эквивалентного круглого диаметра не всегда верна даже приближённо. Предлагаемая в данной работе модель даёт более адекватные результаты расчёта М.

5) В соответствии с п.4 можно сделать вывод, что каналы эллиптического сечения в отличие от круглых каналов с диаметром меньше среднего при росте ииКп (в заданном диапазоне) не изменят знак контраста и не перейдут из тёмного дефекта ЧПЗ (например, элементов тёмной сетки) в светлый.

6) Как следует из таблицы 2, разница в усилении между круглыми и эллиптическими каналами возрастает с увеличением иМК11 и степени отклонения сечения от круглого. Значения дисперсии величин М относительно близки к соответствующим величинам каналов правильной формы.

Разработанная модель позволяет оценить степень воздействия на дефекты "разнояркость" и "сотовая структура" не только геометрических факторов, например фактора калибра, фактора эллиптичности сечения канала, но и влияние вторично-эмиссионных характеристик стенок каналов, в частности значений (3, объяснить способность «сотовой структуры» видоизменяться, варьируя знаком контраста.

В шестой главе создан и реализован алгоритм моделирования токового насыщения в каналах МКП. Он построен на основе алгоритма расчёта процессов умножения электронов в каналах, работающих в линейном режиме, и дополнен блоком определения продольной координаты выходной области канала, в которой начинается проявление данного эффекта, а также блоком пересчёта рас-

пределения электрического поля в соответствующей части канала. Обозначенная координата определяется из известного из работ С.К. Кулова условия перехода МКП в режим токового насыщения, установленного опытным путём, согласно которому умножитель начинает работу в нелинейном режиме, если выходной ток канала 1вЬ1Х составляет более 5% от тока проводимости канала 1п. Таким образом, условие перехода канала в нелинейный режим работы можно записать в виде:

В = (1вых/1п)> 0 (18)

При этом значение 1п необходимо рассчитывать в соответствии с задаваемыми величинами £/дш7 и Я^кп-

1п = ишп/Як = иМкп/(Кмкл-п), (19)

где Як - продольное сопротивление единичного канала, Ом; п - количество каналов в МКП ( в МКП 18-10 п ~ 3 ■ 106 штук).

Поскольку типичное электрическое сопротивление всей мик-роканаль-ной пластины Ямкп~1>5 • Ом, то Як = 4,5 • 1014 Ом, 1„ = 1,78 • 10-12 А (при имкп = 800В).

Значение выходного тока МКП, работающей в ЭОП, 1вых определяется, исходя из заданной величины входного тока 1вх и рассчитываемого в динамическом режиме коэффициента усиления канала М. При машинном анализе процессов умножения электронов в канале достигаемое значение усиления сигнала М, а значит и величину 1вых> можно контролировать на протяжении всего канала. Величина 1вых определялась из выражений:

1вых = М-1вх=М-<р- Е-В, (20)

где (р - интегральная чувствительность фотокатода ЭОП, мкА/лм; Е - рабочая освещённость, лк; 5 - полезная площадь фотокатода, м2.

МКП 18-10 содержит п ~ 3 10б каналов, а коэффициент прозрачности данной пластины со ~ 0,58. В рамках данной работы было установлено, что до 50% электронов сигнала, провзаимодейст-вовавших с входной торцевой поверхностью МКП, под влиянием электрического поля всё равно проникает в каналы. С учётом перечисленных сведений можно рассчитать среднее значение входного тока одного канала из следующего выражения:

1вх1 = (оо + 0,5(1 -со))1ех/п. (21)

Если <р = 500 мкА/лм, Е = 5 10"4 лк, S = 2,7 м2 , тогда lex =6,75 • 10-П а, 1вх1 =1,78 • Ю-" А.

Далее следует определить значение М, при достижении которого с учётом известных величин 1вх\ и 1п канал перейдёт в нелинейный режим усиления. Для этого необходимо воспользоваться следующим выражением, вытекающим из (18 - 21):

А/= 0.05/„//«у. (22)

В данном случае, согласно ( 22), М- 5 • ЮЗ . После определения новой картины поля в выходной части канала, изменившейся вследствие увеличения темпа прироста потенциала на его стенках, осуществляется дальнейший расчёт поведения электронов с определением итогового значения М.

Разработанный алгоритм был реализован в виде программного продукта на языке Quic Basic 4.5, с помощью которого осуществлялись расчёты усиления каналов в условиях повышенных значений входных токов. Результаты расчётов представлены на рисунке 9. Для сравнения здесь же приведены и соответствующие экспериментальные кривые, построенные для МЬСП 18-10.

М 104

103

102

101

500 600 700 800 900 Umkii, В

1-1ВХ= 10-ю А; 2-1ю= Ю-'А.

Рисунок 9 - Расчётные и эмпирические зависимости М= ffUwji) для МКП 18-10

Как видно, расчётные и экспериментальные зависимости близки по характеру, поэтому данная модель может использоваться при качественном анализе процессов токового насыщения в канальном умножителе.

Разработанные средства САПР позволяют также моделировать распределение диаметра кружка рассеяния электронного изображения канала йр, определяющего значение одного из обозначенных ранее критериев оптимальности - разрешающей способности. Значения йр в различных условиях работы МКП определяются посредством автоматизированного расчёта и анализа энергетических и угловых распределений электронов, вылетающих из каналов в высоковольтный экранный промежуток изделия применения - ЭОП.

На рисунке 10 представлены некоторые результаты проведённых в главе 7 исследований. При неизменном иэкр~5 кВ было рассмотрено множество вариантов с различными йк, а, имкп, 1ЭЮ ¡Ме/вых и формой сечения каналов.

Сравнительный анализ данных характеристик позволяет сделать следующие выводы:

- Максимальные значения йр в случаях, представленных на рисунках 10 а-в, составляют порядка бОмкм. Полученный результат хорошо согласуется с данными, приведёнными в работах Н. Коши-ды. Здесь отмечается, что разброс в точках взаимодействия электронов с экраном, находящимся на расстоянии 1мм от МКП и при иЭКр=3,5 кВ, составляет примерно 90 мкм (известно, что снижение иЭКр увеличивает йр).

- Область экрана, наиболее интенсивно возбуждаемая электронами одного канала МКП, составляет в диаметре порядка 25 30 мкм. Самым важным фактором, влияющим на поведение электронов, является значение напряжённости электрического поля в промежутке Емкп/экр (в рассмотренных вариантах она варьируется от 5 до 10 кВ/мм посредством снижения величины 1ЭК от 1 до 0,5мм при неизменном 11ЭКр=5 кВ). Такое увеличение Емкп/экр, как видно из рисунков 10 б и г, почти в 2 раза снижает среднее значение йр, заметно сдвигает распределение в более выгодное положение.

Интенсивно возбуждаемая электронами область экрана в данном случае уже не превышает 15-20мкм, что соответствует электронной разрешающей способности МКП N порядка 50 ^ 66 штр./мм (Л^Шр).

a) dK= 10 мкм, а=40, имкп=700 В, /эк=1мм, ¡Ме/вых=мкм. dp Cp ~\2 мкм

dj =1 IM М

III Ulli 1Я В в.

О 10 20 30 40 50 60 d„, мкм

б) dK— 10 мкм, а=40, 11мкп=Шй В, /ж=1мм, /Л/е/вьм=) 5 мкм. dpcp=12,5 мкм %

1,^=1:1,51 ix»

ttl Uli IIbh I.».

О 10 20 30 40 50 60 dp # мкм

в) 4<= Ю мкм, а=40, UMKn=900 В, 1эк=1 мм, /д,^/еьц=15 мкм. dp cp=\2,A мкм

%

p ="1: ,4i (kv

fj III Ifl Iii tli

О 10 20 30 40 50 60 d_, мкм

г) 4с= Ю мкм, а=40, UMK„=$00 В, /эк=0,5 мм, /А,/е/вь,х=15 мкм. dpcp=6,94 мкм %

tp 94 MK

. I

I В

1 1 1 ■ —

О 10 20 30 40 SO 60 dp, мкм

Рисунок 10 - Результаты моделирования величины öfp

Изменение Имкп в Довольно широких пределах (от 700 до 900 В без учёта эффекта насыщения), как видно из рисунков 10 а-в, не приводит к значимому изменению йр.

- Увеличение длины металлизации в выходной части канала Ше/вых сужает распределение, что положительно, однако подобная мера приводит к снижению усилительной способности каналов.

- Расчет распределения с!р с каналом диаметром, равным 5 мкм, показывает, что ожидаемое снижение с1р с уменьшением йк наступает только при соответствующем оптимальном сочетании рассматриваемых и учитываемых факторов. В частности, для уменьшения кружка рассеяния необходимо дальнейшее уменьшение расстояния 1ЭК, что в реальных условиях потребует оптимизации конструкции узла МКП-экран в изделиях применения для предотвращения электрических пробоев автоэлектронного происхождения.

- Обобщённый анализ каналов с эллиптическим сечением заметно не выделяет значение их йр в сравнении с круглым (в отличие от значений М), что вероятно объясняется относительной схожестью, энергетических и угловых распределений электронов, эмитируемых каналами круглого и эллиптического сечений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований решена задача, имеющая важное научное и хозяйственное значение, связанная с разработкой и производством эффективно функционирующих многоканальных вторично-электронных умножителей.

Основные научные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проведён анализ современного состояния средств автоматизации проектирования изделий вторично-эмиссионной электроники, определены проблемы и направления их развития.

2. Обоснованы целевые задачи средств автоматизации проектирования изделий канальной вторично-эмиссионной электроники и требования к ним. Построен алгоритм САПР канальных умножителей. Разработан метод оптимизации в задаче их автоматизированного проектирования.

3. Разработаны математические модели электрических полей в объёме канальных электронных умножителях круглой и с отклонениями в симметрии формы сечения, учитывающие влияние внешних электрических полей высокой напряжённости, формируемых изделием применения.

4. Разработан метод определения и задания граничных условий при моделировании электрического поля канала, позволяющий учитывать особенности конструкции торцевой поверхности МКП (матрицу каналов) и отличающийся меньшей потребностью в оперативной памяти ЭВМ при реализации.

5. Разработана модель поведения электронов в канале умножителя и прилегающих областях электронно-оптического преобразователя.

6. Построена схема работы системы расчёта поведения электронов в канальном умножителе и прилегающих областях, отражающая взаимосвязь операций и поток данных в системе.

7. Построен комплекс алгоритмов программ, реализующих элементы разрабатываемой САПР. Установлено, что расхождения между расчётными и соответствующими экспериментальными значениями и литературными данными не превышают 10-12%.

8. Промоделирована степень влияния дефектов геометрии каналов МКП, включающих разброс диаметров каналов круглого сечения не более чем на 2-К2,5%, а также эллиптичность на их усилительную способность и чистоту поля зрения электронного изображения. Уточнены результаты исследований усиления круглых каналов с отклонениями в диаметре, полученные согласно шаговой модели.

9. Проведено моделирование и исследованы процессы взаимодействия фотоэлектронов с входной поверхностью МКП. Установлено, что до 50% фотоэлектронов, провзаимодействовавших с входной торцевой поверхностью, под воздействием электрического поля возвращаются в каналы.

10. Разработанные алгоритмы позволяют определять влияние различных факторов, характерных для выходной области МКП, на угловое и энергетическое распределение покидающих каналы электронов. Показано, что максимальные значения кружков рассеяния электронного изображения каналов МКП на люминесцентном экране ЭОП составляют порядка 60 мкм.

11. Промоделирована взаимосвязь между углами вылета электронов из каналов МКП и их энергией. Подтверждено, что большинство электронов имеют меньший угол вылета (а<4°) и характеризуются более низкими значениями энергий (е <15-20 эВ).

12. Разработана динамическая модель влияния развития процессов токового насыщения, возникающих в выходной части канала, на распределение электрического поля в нём и его усилительную способность.

13. Разработана виртуальная библиотека анализируемых конструктивных элементов различных канальных умножителей, функционирующих в разных режимах в условиях специальных устройств.

14. Внедрение и использование разработанных средств на соответствующих предприятиях позволило существенно развить возможности автоматизации проектирования продукции; снизить затраты на разработку и внедрение новой продукции, вследствие замены дорогостоящего промышленного исследования и макетирования компьютерным моделированием. В актах внедрения, полученных по итогам работы, отмечено, что на основе предложенных решений на предприятиях НЗПП г. Нальчика и ООО "Энергосервис" г. Владикавказа значительно увеличилась эффективность работы. Ожидаемый годовой экономический эффект, рассчитанный финансовыми службами, составляет несколько миллионов рублей. Результаты работы также внедрены в учебный процесс кафедры "Электронные приборы" Северо-Кавказского горнометаллургического института (государственного технологического университета).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах в журналах, рекомендованных ВАК

1. Гончаров, И.Н. К вопросу о моделировании динамики поведения электронов в канале МКП [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев, М.Г. Мустафаев // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -2007. -№3. - С. 23-24.

2. Гончаров, И.Н. Основные направления совершенствования электронно-оптических преобразователей [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, В.А. Маркина // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Ес-

теств. науки. Физика. - 2007. - № 3. - С.36-38. Принято к печати в ноябре 2006 г.

3. Гончаров, И.Н. Анализ процессов зарядки стенок каналов в микроканальных пластинах при прохождении электронной лавины [Текст] / E.H. Козырев E.H., И.Н. Гончаров, В.А. Маркина // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Физика.-2007.- № 4. -С. 38-40. Принято к печати в ноябре 2006 г.

4. Гончаров, И.Н. Моделирование и сравнительный анализ усиления электронного сигнала в различных каналах МКП [Текст] / И.Н. Гончаров // Известия вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -

2008. - № 5. С.32-36.

5.Гончаров, И.Н. Разработка алгоритма автоматизированного проектирования элементов фотоэлектронных датчиков [Текст] / И.Н. Гончаров // Горный информационно-аналитический бюлле-тень.-2009.-№ 4. С.125-131.

6. Гончаров, И.Н. Моделирование траекторий электронов в канальных вторично-эмиссионных умножителях [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев, А.Г. Моураов // Известия вузов. Проблемы энергетики. - Казань: Казанский государственный энергетический университет. - 2009. - № 3-4. С.94-103.

7. Гончаров, И.Н. Моделирование и автоматизированный расчёт энергетических и угловых распределений электронов в промежутке микроканальная пластина - экран [Текст] / И.Н. Гончаров // Известия вузов Сев.-Кавк. регион. Тех. науки. - 2009. - № 2. С. 12-17.

8. Гончаров, И.Н. Моделирование зарядовых явлений в САПР вторично-эмиссионных усилителей [Текст] / И.Н. Гончаров // Вестник Воронежского государственного технического университета. -

2009. - Том 5, № 5. С. 148- -150.

9. Гончаров, И.Н. Автоматизированное проектирование канальных электронных умножителей [Текст] / И.Н. Гончаров // Приборы и системы. -2009. -№ 3. С. 38 - 44.

10. Гончаров, И.Н. Алгоритм САПР канальных электронных умножителей [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. -Том 5, №6. С.114-116.

Получены патенты на изобретения

11. Инверсионный электронно-оптический преобразователь: патент 2139589 Рос. Федерация: МПК6 H 01 J 31/50/ Ю.А. Розэ,

В.Н. Бурзянцев, E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, Г.В. Федотова, Н.Г. Максимова. Заявл. 15.12.1997; опубл. 10.10.1999, Бюл. № 28.

В других журналах и сборниках научных трудов

12. Гончаров, И.Н. Влияние обратного ионного потока на параметры микроканальных электронно-оптических преобразователей [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Сб. мат-лов НТК. -Владикавказ: СКГТУ, 1995,- С.38-41.

13. Гончаров, И.Н. Анализ основных факторов шума микроканальных ЭОП [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Депонирование в ВИНИТИ. - 2009. - N1576-B97.

14. Гончаров, И.Н. Анализ основных факторов шума МКП в ЭОП [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Сб. мат-лов НТК. -Владикавказ: СКГТУ, 1997. - С.59-62.

15. Гончаров, И.Н. Автоматизированное проектирование системы нейтрализации ионов в электронно-оптических преобразователях [Текст] / И.Н. Гончаров // Сб. мат-лов НТК.- Владикавказ: СКГТУ, 1998.- С.113-117.

16. Гончаров, И.Н. Анализ причин повышенной яркости тем-нового фона электронно-оптических преобразователей и методы борьбы с ней [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, Г.В. Федотова // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып.5. Владикавказ: СКГТУ, 1998. - С.3-8.

17. Гончаров, И.Н. Анализ траекторий обратных положительных ионов, эмитируемых микроканальной пластиной, в инверсионных электронно-оптических преобразователях различных конструкций [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Сб. мат-лов НТК. -Владикавказ: СКГТУ, 1998. - С. 117-122.

18. Гончаров, И.Н. Расчёт углов влёта фотоэлектронов в каналы микроканальных пластин электронно-оптических преобразователей 2-го поколения [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета, Вып. 6. Владикавказ: СКГТУ, 1999. - С.211-215.

19. Гончаров, И.Н. Исследование траекторий обратных положительных ионов в инверсионных электронно-оптических преобразователях различных конструкций [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, Г.В. Федотова Н Информационная математика, киберне-

тика, искусственный интеллект в информациологии: Сб. мат-лов междунар. конф. - Москва, 2001. - С.83-87.

20. Гончаров И.Н. Влияние обратных положительных ионов, эмитируемых микроканальной пластиной, на характеристики электронно-оптических преобразователей второго поколения [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров И.Н., Г.В. Федотова // Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии: Сб. мат-лов междунар. конф. - Москва, 2001. - С.87-93.

21. Гончаров, И.Н. Микроканальный инверсионный электронно-оптический преобразователь в цельной стеклянной оболочке [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев, А.Н. Цаголов // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 8. Владикавказ: СКГТУ, 2001. -С.269-271.

22. Гончаров И.Н. Минимизация дефекта "цезирование экрана" в электронно-оптических преобразователях [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, Д.Е. Душкин //Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 8. Владикавказ: СКГТУ, 2001. - С .265-269.

23. Гончаров, И.Н. Разработка модели поведения обратных положительных ионов в электронно-оптических преобразователях, используемых в технике ночного видения [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Новые информационные технологии в науке, образовании, экономике: Сб. мат-лов междунар. конф. - Владикавказ, 2002. - С.64-65.

24. Гончаров, И.Н. Модель автоматизированного анализа различных браков в производстве электронно-оптических преобразователей [Текст] / И.Н. Гончаров, В.А. Маркина // Труды СевероКавказского горно-металлургического института. Вып. 10. Владикавказ: СКГМИ (ГТУ), 2003. - С.153-156.

25. Гончаров, И.Н. Задача оптимизации технологического процесса в производстве электронно-оптических преобразователей [Текст] / И.Н. Гончаров, В.А. Маркина // Сб. научных трудов Севе-ро-Осетинского отделения Академии наук Высшей школы РФ. Вып. 1(1), Владикавказ, 2003. - С. 151-155.

26. Гончаров, И.Н. Основные направления снижения фактора шума в ЭОП и пути их реализаций [Текст] / И.Н. Гончаров, В.А. Маркина, З.А. Хубаев // Труды молодых учёных СКГМИ. Вып. 2, Владикавказ, 2005. - С. 16-22.

27. Гончаров, И.Н. Рост отношения сигнал-шум, как приоритетная задача в совершенствовании электронно-оптических преобразователей [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров // Юбилейный сб. трудов Северо-Кавказского горно-металлургического института (ГТУ). Владикавказ: СКГМИ (ГТУ), 2006. - С.128-132.

28. Гончаров, И.Н. Повышение эффективности фотокатода, как условие совершенствования электронно-оптических преобразователей [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров // Сб. научных трудов Северо-Осетинского отделения Академии наук Высшей школы РФ. Вып. 3, Владикавказ, 2006. - С. 123-127.

29. Гончаров, И.Н. Вопросы моделирования траекторий в канале МКП [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, JIM. Дедегкаева // Сб. научных трудов Северо-Осетинского отделения Академии наук Высшей школы РФ. Вып. 4, Владикавказ, 2006. - С. 127-131.

30. Гончаров, И.Н. Модель автоматизированного анализа браков в производстве микроканальных пластин [Текст] / В.А. Маркина, И.Н. Гончаров, К.Ю. Кцоев // Труды молодых учёных СКГМИ. Вып. 1, Владикавказ, 2006. - С.32-35.

31. Гончаров, И.Н. Разработка и реализация модели поведения электронов, эмитируемых МКП [Текст] / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров // Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий: Сб. мат-лов VI междунар. конф. - Владикавказ, 2007.-С. 150-154.

32. Гончаров, И.Н. Разработка математического описания поведения электронов в условиях канала МКП [Текст] / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев, А.Г. Моураов // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Физика. - 2008. - № 5. - С.39 - 42.

33. Гончаров, И.Н. Решение оптимальной задачи в САПР канальных умножителей [Текст] / И.Н. Гончаров// Потенциал развития России XXI века: Сб. статей всеросс. научно-прак. конф. - Пенза, 2009. -С.22 - 23.

Получены свидетельства о регистрации программ для ЭВМ

34. Программа расчёта траекторий первичных и вторичных электронов в каналах вторично-эмиссионных умножителей: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2009612695. Рос. Федерация / И.Н. Гончаров. - Заявл. 27.03.2009, зарегистрировано в реестре 27.05.2009.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве: [1, 3, 6, 10, 23, 29, 31, 32] - разработаны функциональные математические модели; [2, 21, 22] - предложены модернизированные структуры ЭОП; [12, 13, 14, 16, 20, 26, 27, 28] - проведен анализ соответствующих физических процессов; [17, 18, 19] - предложены принципы построения алгоритмов и способы реализации автоматизированного анализа; [24, 25, 30] - предложены алгоритмы статистического анализа и оптимизации технологических процессов; [11]-предложена конструкция электронно-оптической системы изделия, а также проведён её расчёт на ЭВМ.

Подписано в печать 14.07.09. Формат 60х84'Л6. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл.п.л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 237. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ). Издательство «Терек». 362021, Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Введение.

1 Обзор вопросов моделирования поведения электронов в условиях электрических полей вторично-эмиссионных канальных умножителей.

2 Разработка общего алгоритма системы автоматизированного проектирования многоканального электронного умножителя.

2.1 Построение алгоритма САПР микроканальных пластин.

2.2 Решение оптимальной задачи в САПР МКП.

3 Разработка математического обеспечения САПР многоканальных умножителей.

3.1 Моделирование электрического поля в объёме канала МКП и специальном устройстве.

3.2 Разработка математической модели поведения электронов в канале и прилегающих областях изделия применения.

4 Разработка программных алгоритмов расчёта процессов в каналах МКП, функционирующей в составе ЭОП.

4.1 Разработка блок-схемы системы расчёта.

4.2 Алгоритм расчёта электрического поля в пространстве выход МКП-экранный промежуток ЭОП.

4.3 Алгоритм расчёта распределения электрического поля в канале.

4.4 Алгоритм расчёта траекторий электронов и коэффициента усиления канала.

4.5 Алгоритм расчёта энергий и углов вылета электронов из каналов.

4.6 Алгоритм расчёта и анализа диаметра кружка рассеяния электронного изображения канала.

5 Автоматизированное исследование процессов усиления в различных каналах с использованием разработанных средств САПР.

5.1 Анализ явлений на входе и выходе канального умножителя.

5.2 Исследование процессов умножения электронов в каналах круглого сечения.

5.3 Исследование влияния отклонений в величине диаметра канала на его усилительную способность.

I | . ч

5.4 Исследование влияния эффективности РЭС на поведение дефекта электронного изображения МКП "сотовая структура".

5.5 Исследование процессов усиления в каналах с нарушенной формой сечения.

6 Разработка методики и алгоритма автоматизированного исследования явления токового насыщения.

6.1 Моделирование явления токового насыщения усиления в канальном умножителе.

6.2 Разработка алгоритма автоматизированного исследования явления токового насыщения усиления.

7 Моделирование и анализ поведения электронов в высоковольтном экранном промежутке ЭОП с МКП.

7.1 Теория и расчёт энергетических и угловых распределений электронов, вылетающих из каналов различных сечений.

7.2 Моделирование и анализ диаметра кружка рассеяния канального изображения.

Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ) в условиях ускоряющего электрического поля различной конфигурации - сложное явление, определяемое многими взаимосвязанными процессами, протекающими вокруг эмиттера, при облучении его первичными электронами. Оно лежит в основе работы многочисленных изделий вакуумной электроники: вторично-электронных умножителей, канальных электронных умножителей, микроканальных пластин (МКП), которые применяются в оборонной, космической, научной, социальной и других жизненно-важных сферах деятельности.

Приборы данного класса отличаются сложностью конструкции и технологии изготовления, а их действие вероятностностью протекающих процессов. Вместе с тем к канальным электронным умножителям предъявляются весьма жёсткие требования, в особенности это относится к многоканальным конструкциям, используемым для работы с широкими электронными потоками и применяемым в преобразователях и усилителях электронного изображения - важнейших элементах техники ночного видения. Качество специальных устройств на их основе, например электронно-оптических преобразователей (ЭОП), конструкции которых будут представлены далее, во многом определяется высокой усилительной способностью канальных умножителей, идентичностью работы отдельных каналов, низким уровнем шума, высокой разрешающей способностью, стабильностью работы. Микроканальная пластина является системообразующей сборочной единицей ЭОП, а режимы их функционирования взаимообусловлены.

Очевидно, что повышение эффективности и скорости решения задач разработки и исследования новых конструкций изделий вакуумной электроники и вторично-эмиссионных приборов в частности связано с наличием средств автоматизированного проектирования. Задача компьютерной разработки и исследования электронно-оптической системы (ЭОС) сводится к определению конфигурации электродов и их потенциалов, обеспечивающих формирование потока электронов с заданными характеристиками. Известны средства САПР, позволяющие проводить в интерактивном режиме поиск оптимальных геометрий расположения электродов ЭОС и напряжений на них для получения требуемых характеристик систем электронной оптики вакуумных электронных приборов с широкими электронными пучками, таких как электронно-лучевые трубки, инверторные электронно-оптические преобразователи, фотоэлектронные умножители в их прикатодной области и др. Данные средства широко применяются при расчете траекторий рабочих электронов, исследовании характеристик изделий: коэффициента увеличения, разрешающей способности, дисторсии электронного изображения, коэффициента сбора электронов.

Процессы разработки и анализа функционирования ЭОС изделий вторично-эмиссионной электроники в значительно меньшей степени обеспечены соответствующими САПР. Задача моделирования поведения электронов в условиях вторично-эмиссионного умножителя является более сложной, поскольку предусматривает не только расчет траекторий электронов в условиях однородных и неоднородных электрических полей и различных граничных условий до взаимодействия с препятствием-мишенью, но и моделирование вероятностного явления вторичной эмиссии и дальнейшего продвижения в электрическом поле соответствующего количества вторичных электронов.

Задача создания средств высокоадекватного автоматизированного анализа процессов в многоканальном умножителе и прилегающих областях изделий применения в частности в электронно-оптическом преобразователе весьма актуальна и подразумевает моделирование однородных и неоднородных электрических полей в объеме канала различной формы сечения с учетом соответствующих граничных условий, обусловленных особенностями изделий применения, а также в зазорах фотокатод - пластина и пластина - катодолюминесцентный экран (см. рисунки 1 и 2); моделирование поведения электронов в условиях данных полей; моделирование процессов взаимодействия первичных электронов с резистивно-эмиссионным слоем канала и эмиссии вторичных электронов в соответствии с положениями теории; обработку результатов исследований.

Цель данной работы состоит в создании комплекса методов, моделей, алгоритмов и программных средств проектирования и исследования изделий вакуумной электроники с вторично-эмиссионным канальным умножением, на примере микроканальной пластины, а также проведение расчётов траекторий движения электронов в электрическом поле в различных каналах и прилегающих областях специальных устройств (ЭОП), работающих в разных режимах.

Для достижения поставленной цели необходимо произвести решение следующих задач:

- осуществление критического анализа известных математических моделей канальных электронных умножителей, определение проблем и направлений их развития; разработка алгоритма автоматизированного проектирования канального умножителя с учётом необходимых требований и целевых задач;

- разработка математических моделей электрических полей в объёме каналов с учётом формы их сечения, особенностей конструкции, а также граничных условий на примере микроканальной пластины, как системообразующей единицы специальных устройств;

- разработка математической модели траекторий движения первичных и вторичных электронов в каналах и прилегающих областях специального устройства;

- проведение программной реализации разработанных средств;

- моделирование процессов электронного усиления в различных каналах, а также энергетических и угловых распределений электронов, вылетающих из каналов;

- моделирование явления токового насыщения в канале; критический анализ полученных результатов с учётом соответствующих известных литературных данных, а также экспериментальных исследований МКП и микроканальных ЭОП на установках измерения электронно-оптических параметров;

- выработка рекомендаций, направленных на повышение качества МКП продукции.

Основные научные положения, выносимые на защиту таковы:

1. Алгоритм САПР канальных умножителей, обоснование выбора критериев оптимальности, параметров оптимизации и метода оптимизации в задаче автоматизированного проектирования канальных усилителей.

2. Математическая модель распределений электрических полей в объёмах каналов вторично-эмиссионных умножителей различной формы сечения с учётом влияния внешних электрических полей, формируемых электродами изделий применения.

3. Метод определения граничных условий на входе и выходе канальных умножителей с учётом особенностей изделия применения и структуры торцевой поверхности умножителя.

4. Машинно-ориентированные математические описания траекторий движения электронов в различных каналах, а также в прилегающих областях изделий применения для автоматизированных расчётов в рамках САПР изделий вакуумной эмиссионной электроники.

5. Математическая модель явления токового насыщения в канальном умножителе.

6. Графические распределения степени влияния различных отклонений в сечении каналов МКП на чистоту поля зрения (ЧПЗ) электронного изображения, на формирование характерных дефектов ЧПЗ "тёмная и светлая сотовые структуры".

7. Расчётные зависимости влияния различных особенностей конструкции и режима эксплуатации МКП, а также специальных устройств на угловое и энергетическое распределение электронов, вылетающих из каналов.

8. Зависимости, указывающие на влияние процессов зарядки стенок каналов на их усилительную способность.

Среди методов исследования, используемых в данной работе, следует выделить: математическое моделирование физических процессов на ЭВМ, алгоритмизация и программирование поставленных задач, методы теории электрического поля, численные итерационные методы решения линейных алгебраических уравнений, векторная алгебра, системный анализ, теория вероятностей, статистические методы обработки результатов экспериментов с использованием ЭВМ, моделирование на основе пакетов прикладных программ "Е MOVE" и "GLASER", натурное моделирование, промышленный эксперимент, разрушающий и неразрушающий контроль, экспертный метод.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. В ней разработаны принципы построения системы автоматизированного проектирования вторично-эмиссионных электронных умножителей на примере микроканальных пластин, как системообразующих единиц специальных устройств.

2. Разработаны математические модели распределения электрического поля в объёме канального электронного умножителя с различной формой сечения с учётом граничных особенностей поля на выходе и входе канала.

3. Разработаны универсальные математические модели траекторий движения электронов в условиях канала и высоковольтного экранного промежутка, а также в зазоре фотокатод-МКП электронно-оптического преобразователя.

4. Разработан новый метод моделирования граничных условий на выходе из каналов в высоковольтный экранный промежуток изделий применения, позволяющий учитывать структуру торцевой поверхности пластин (матрицу каналов), исследовать пространственные электрические поля сложной конфигурации и отличающийся уменьшенной потребностью в оперативной памяти ЭВМ.

5. Разработана квазистатическая модель, отражающая влияние эффекта токового насыщения в канале умножителя на его усилительную способность.

6. Установлено и описано влияние технологических отклонений диаметров каналов МКП, а также формы их сечений на усилительную способность каналов при различных питающих напряжениях; промоделирована степень воздействия данных дефектов каналов на чистоту поля зрения электронного изображения изделия применения.

7. Разработана модель определения угловых и энергетических распределений электронов, устремляющихся к люминесцентному экрану из различных каналов и в различных условиях, определены соответствующие диаметры изображений каналов.

8. Разработано и реализовано математическое обеспечение САПР в виде комплекса алгоритмов автоматизированного расчёта и анализа канальных умножителей различных конструкций в условиях специальных устройств.

Практическая значимость данной работы такова:

1. Определены граничные условия электрических полей многоканальных электронных умножителей с учётом структуры их торцов (строения матрицы каналов), позволяющие исследовать электрические поля сложной конфигурации с использованием меньшего объёма оперативной памяти ЭВМ.

2. Промоделированы распределения электрических полей в объёме каналов вторично-электронных умножителей различной формы сечения с учётом граничных условий, а также в прилегающих областях изделий применения.

3. Промоделировано поведение электронов в различных каналах при разных значениях параметров усиления, а также траекторий электронов перед входом в канал и после выхода из него.

4. Реализован комплекс алгоритмических продуктов для автоматизированного расчёта и анализа канальных электронных умножителей, ориентированный для САПР данных изделий.

5. Установлена степень влияния внешних условий и стохастичности процессов в канале, отклонений в его диаметре и в форме сечения на его усилительную способность; эмиссионных и геометрических факторов на поведение дефекта "сотовая структура" МКП.

6. Получены результаты анализа поведения электронов в промежутках фотокатод-вход микроканальной пластины, выходной торец МКП люминесцентный экран. Определена степень влияния различных факторов на угловое и энергетическое распределения электронов и диаметр кружка рассеяния изображения канала.

7. Промоделирована степень влияния процесса зарядового явления -токового насыщения на распределение электрического поля в канале и его усилительную способность.

8. Разработана виртуальная библиотека фрагментов конструктивных элементов многоканальных умножителей различных конструкций и режимов функционирования.

9. Созданные средства САПР позволили во многом заменить дорогостоящее промышленное исследование и макетирование рассматриваемого класса изделий численным экспериментом на его математической модели. Основные результаты проведённых исследований используются в организациях, занимающихся проектированием электронно-оптических систем изделий вакуумной электроники и в учебном процессе в вузе при подготовке специалистов электронной техники.

Полученные в работе результаты базируются на принципах теории электрических полей, законов движения электронов в них и имеют достаточное научное обоснование, так как выполнены с использованием развитого математического аппарата в пределах общепринятых упрощающих допущений. Разработанные методы реализованы в машинноориентированных алгоритмах и программах. Эффективность и достоверность предложенных методов и алгоритмов обеспечена сопоставлением основных результатов, полученных на основе методов математического моделирования с итогами имеющихся соответствующих расчётов, опубликованных в различных литературных источниках, а также путём воспроизведения зависимостей на физических моделях (макетах).

Практические результаты работы внедрены на предприятиях НЗПП г. Нальчика и ООО "Энергосервис" г. Владикавказа.

Основные результаты работы в ходе выполнения отдельных её разделов были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе:

Международных: "Международный форум по проблемам науки, техники и образования" (Москва, 1997г); "Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии" (Москва, 1999г.); Новые информационные технологии в науке, образовании, экономике" (Владикавказ, 2002 г.); "Циклы природы и общества" (Ставрополь, 2005 г.); "Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий" (Владикавказ, 2007г.);

Всероссийских: "Потенциал развития России XXI века" (Пенза, 2009г); региональных: ежегодных и юбилейных научно-технических конференциях СКГТУ в период с 1997 по 2008г; на расширенных заседаниях кафедры "Электронные приборы" СКГТУ (Владикавказ, 2007-2009гг.).

Работа выполнена в рамках целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы" с использованием потенциала ведущих научных школ Российской Федерации, по грантам Президента РФ ведущей научной школы России НШ-634.2008.8, НШ-1998.2006.8. Соискатель являлся ответственным исполнителем в соответствующих темах: "Создание методов математического моделирования микроканальных структур" 2005-2008 г.; "Исследование свойств и параметров поверхностей каналов микроканальных пластин в зависимости от воздействия различных физико-химических факторов" 20082009 г.

Основные результаты диссертационной работы отражены в 34 печатных работах, среди которых 10 опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент на изобретение, 1 работа - компьютерная программа зарегистрирована в реестре программ для ЭВМ Российской Федерации.

Диссертация состоит из 7 глав, введения, заключения, списка литературы из 152 наименований и 2 приложений, содержит 257 стр. машинописного текста.

В заключение следует изложить краткое содержание работы.

В первой главе диссертации приведены результаты анализа литературных источников, посвященных теории и моделированию физических процессов, характерных для многоканальных вторично-эмиссионных умножителей, выявлены достоинства и недостатки предлагаемых моделей.

Во второй главе осуществляется построение алгоритма САПР многоканальных электронных умножителей - микроканальных пластин, разрабатывается методика решения оптимальной задачи.

Третья глава посвящена созданию математического обеспечения САПР канальных умножителей. Здесь разрабатывается математическая модель распределения электрического поля в канале МКП с учётом влияния прилегающих к входу и выходу канала электродов изделия применения -ЭОП, а также модель поведения электронов в условиях электрического поля каналов различных сечений.

В четвёртой главе диссертации осуществляется разработка и реализация на языке программирования Quick Basic 4.5 комплекса алгоритмов для САПР вторично-электронных умножителей, строится обобщённая схема работы системы, отражающая взаимосвязь операций и поток данных в ней.

В пятой главе приводятся результаты исследований процессов канального умножения, как этапов разработки и совершенствования изделий вторично-эмиссионной электроники, проведённых с использованием созданных средств САПР. Осуществляется расчёт значения критерия оптимальности умножителей - коэффициента усиления М в различных каналах и в разных условиях. В ходе расчётов производится оценка адекватности моделей.

Шестая глава посвящена созданию и реализации алгоритма моделирования явления токового насыщения в каналах МКП. Здесь же представлены результаты расчётов коэффициента усиления каналов при различных входных токах.

В седьмой главе приводятся результаты моделирования энергетических и угловых распределений электронов, вылетающих из каналов МКП в высоковольтный экранный промежуток ЭОП в различных условиях, осуществляется автоматизированный расчёт соответствующих диаметров кружков рассеяния электронного изображения каналов, являющихся одним из критериев оптимальности проектного решения и определяющих значения разрешающей способности МКП.

Заключение

Основные научные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проведён анализ современного состояния средств автоматизации проектирования изделий канальной вторично-эмиссионной электроники, определены проблемы и направления их развития. Установлено, что данные средства САПР, отличающиеся повышенной сложностью математического обеспечения, не получили достаточно серьёзного развития. Наиболее известные в данной области работы посвящены решению отдельных узких задач общей проблемы моделирования поведения электронов в канале умножителей и прилегающих областей специальных устройств. Среди них: моделирование и расчёт глубины влёта первичных электронов в канал до первого соударения со стенкой и влияние данного фактора на его коэффициент усиления; анализ влияния различных условий на время прохождения электронной лавины в канале; исследование влияния глубины контактных электродов на усиление, расчёт угловых и энергетических распределений электронов, вылетающих из канала; учёт влияния шероховатости эмиссионной поверхности на её усилительную способность; моделирование зарядовых явлений в канале; моделирование воздействия внешних электрических полей изделий применения на распределение поля в канале.

Существовала необходимость в разработке элементов системы автоматизированного проектирования и анализа канальных электронных умножителей, предусматривающей решение соответствующей оптимальной задачи, т.е. реализации метода синтеза, а также в повышении адекватности решений задач анализа, как этапов синтеза, т.е. определения различных характеристик формируемого в канале потока вторичных электронов при заданных геометрии и потенциалах системы.

2. Обоснованы целевые задачи средств автоматизации проектирования изделий канальной вторично-эмиссионной электроники и требования к ним. Построен алгоритм САПР канальных умножителей. Среди характеристик, учитываемых при расчетах конструкции изделия необходимо выделить: средний диаметр канала с1к, калибр канала а, особенности его сечения в случае отклонения от круглой формы в пределах допуска (степень эллиптичности у/, оцениваемая в данном случае значениями большой а и малой Ъ полуосей эллипса-сечения), средний шаг структуры каналов ¡гс, особенность исследуемого элемента выходной поверхности МКП (участок с редким рядом, участок с густым рядом), длины и особенности конфигураций входной 1ме/вх. и выходной 1ме/вых. металлизаций стенок канала, расстояния фотокатод-МКП 1ф/к и пластина-экран 1ЭК в изделии применения. Учитываемые эмиссионные и электрические характеристики таковы: первый и второй параметры вторично-эмиссионной эффективности РЭС канала /? и у соответственно, напряжение питания МКП ишп, разность потенциалов между фотокатодом и входом МКП 11ф/к, между выходной поверхностью пластины и экраном ижр, а также величина входного тока 1вх и сопротивление МКП ЯШп ПРИ учёте зарядовых явлений.

Критериями оптимальности следует считать: коэффициент усиления М и диаметр кружка рассеяния электронного изображения канала ¿//л определяющий разрешающую способность МКП и характеризуемый моделируемыми энергетическим и угловым распределениями электронов, вылетающих из канала. Варьируемые параметры оптимизации а и 1ме/вых

3. Разработана методика оптимизации в задаче оптимального проектирования. Поиск оптимальных проектных параметров следует проводить эффективным и экономичным прямым способом вращения координат - методом Розенброка (способом ортогонализации по Грамму-Шмидту). Выбор границ и пробных точек в пространстве управляемых параметров производится априорно, в соответствии с полученными из опыта значениями. Рекомендуемые начальные значения величин шагов движения таковы: для а - 0,5 единиц, для 1ме/вых ~ 0,3 мкм.

4. Разработан метод определения и задания граничных условий при моделировании электрического поля канала, позволяющий учитывать особенности конструкции торцевой поверхности МКП (матрицу каналов). При формировании граничных условий модели электрического поля в канале учитывалась реальная структура торцевых поверхностей МКП, т.е. расположение каналов на торце в соответствии с конструктивными понятиями "семейство и ряд каналов", а также влияние внешнего поля, для чего строилась матрица каналов. В данной САПР подразумевается решение трёхмерной задачи, что позволяет учитывать конструкцию матрицы каналов. На всех участках граничные условия соответствовали задаче Дирихле.

5. Разработана методика расчёта электрического поля в, канале многоканального электронного умножителя и изделии применения -электронно-оптическом преобразователе. Расчёт распределения электрического поля предлагается проводить в совокупном пространственно-временном масштабе каналов МКП и прилегающих областей изделия применения. Исходя из этого, а также с точки зрения наиболее рационального использования оперативной памяти ЭВМ при решении трёхмерной задачи моделирования однородных и неоднородных электрических полей для расчёта траекторий электронов в многоканальном умножителе и соседних областях ЭОП, данная задача была разбита на три отдельных последовательных этапа. Они таковы: а) моделирование и расчёт распределения поля в объёме промежутка фотокатод-МКП и во входной части канала с учётом граничных условий; б) моделирование и расчёт распределения поля в объёме зазора МКП-экран, а также в выходной части канала с учётом граничных условий; в) моделирование и расчет обобщённого распределения ускоряющего поля непосредственно в канале и прилегающих областях специального устройства с учетом результатов, полученных ранее.

Достоинством предлагаемого подхода является также меньшая потребность в оперативной памяти ЭВМ при решении задачи.

6. Разработаны математические модели электрических полей в объёме канальных электронных умножителей круглой и нарушенной формы сечения, учитывающие влияние внешних электрических полей высокой напряжённости, формируемых электродами изделия применения. Математическая модель электрического поля канала строилась на основе уравнения Лапласа для электростатического поля в вакууме, записанного для трёхмерной декартовой системы координат, позволяющей рассматривать каналы с отклонениями в форме их сечения.

7. Разработана модель поведения электронов в канале умножителя и прилегающих областях электронно-оптического преобразователя, получена методика определения (задания) углов вылета вторичных электронов с эмиссионной поверхности каналов различных форм сечения в объём канала в трёхмерном пространстве.

8. Построен комплекс алгоритмов программ, реализующих элементы разрабатываемой САПР. Он включает следующие компоненты:

- алгоритм расчёта распределения электрического поля в прилегающих к многоканальному умножителю областях специального устройства;

- алгоритм расчёта распределения электрического поля в канале с учётом граничных условий;

- алгоритм расчёта усилительной способности канала с учетом торцевых потерь М% энергетического и углового распределений электронов, вылетающих из канала;

- алгоритм расчета М с учётом явления токового насыщения;

- алгоритм расчёта диаметра кружка рассеяния электронного изображения канала;

- алгоритм автоматизированного анализа поведения фотоэлектронов ЭОП, провзаимодействовавших с входной торцевой поверхностью МКП.

9. Построена схема работы системы расчёта поведения электронов в канальном умножителе, отражающая взаимосвязь операций и поток данных в системе. Программы для ЭВМ, разработанные на основе представленных алгоритмов, организованы в виде сменяемых разделов с динамическим распределением оперативной памяти под массивы и обменом информации между модулями через внешнюю память. Внутри программ используются сервисные подпрограммы для работы с внешней памятью ЭВМ.

10. Проведено моделирование и исследование процессов взаимодействия фотоэлектронов плоских ЭОП с входной поверхностью МКП. Установлено, что до 50% фотоэлектронов, попавших на входную торцевую поверхность, под влиянием электрического поля, формируемого между фотокатодом ЭОП и МКП, возвращаются в ближайшие каналы. Выявлено влияние угла и энергии вылета электрона с торцевой поверхности на глубину его возможного проникновения в канал. Установлено, что в большинстве случаев она не превышает 100 мкм, что определяет энергию удара данного электрона о стенку канала, которая может иметь значение 10-К200эВ при имш =800 В. При этом прослеживается закономерность, заключающаяся в том, что чем больше значения угла и энергии эмиссии торцевого электрона, тем ближе к началу канала произойдёт его взаимодействие со стенкой внутри него. Углы подлёта данных электронов убывают по мере их углубления в канал.

11. Произведён расчёт коэффициента умножения электронов М в канале круглого сечения МКП 18-10 без учёта зарядовых явлений. В данной пластине средний диаметр каналов с1к= 9,5 мкм, её толщина 400±20 мкм. При расчётах соответствующие значения составили: 4с=9,5 мкм; длина канала ¿=400 мкм; калибр а = 44,2. В ходе машинных исследований учитывалось, что: первый и второй параметры вторично-эмиссионной эффективности РЭС каналов соответственно равны /?= 0,23, у = 0,05; среднее значение КВЭЭ первого удара <т,= 4,75; глубины запыления каналов на входе и выходе хромом соответственно 2 и 15мкм; прозрачность МКП со= 0,58; 1ЭК= 0,5 мм; иэк=5 кВ. Расчётная зависимость М =/(имкп), построенная в логарифмическом масштабе, имеет вид прямой, что в действительности характерно для соответствующих эмпирических зависимостей и свидетельствует о высоком уровне адекватности разработанных моделей. Установлено, что относительная погрешность результатов в сравнении с соответствующими опытными данными не превысила 10 - 12%.

12. Промоделирована степень влияния на усиление отклонений в диаметре каналов МКП круглого сечения в пределах близких к технологическим допускам, и составляющим не более 2-^2.5%. Установлено, что при малых ишп каналы с меньшим диаметром (большим калибром) относительно основного отличаются меньшим усилением. Начиная с напряжения питания, приближающегося к 800В, усилительная способность данных каналов становится выше усиления канала с нормальным диаметром. Так, при <ЛК = 9,26 мкм, что на 2,5% меньше среднего диаметра и при имк17=700 В усилительная способность канала с нарушенным сечением на 9% меньше чем у нормального, при ишп =800 В на 2% больше.

Вариации коэффициентов усиления отдельных каналов или их групп приведут к появлению светлых или тёмных дефектов на электронном изображении. Поскольку каналы с отклонениями в диаметре чаще встречаются по периметру МЖС МКП у т.н. пограничных каналов, данное обстоятельство в значительной степени способствует появлению дефекта ЧПЗ "сотовая структура".

13. Промоделировано влияние на усилительную способность эллиптичности сечения каналов. Исследования, проведённые с помощью разработанных средств САПР, позволили сделать следующие выводы:

- практически все каналы эллиптического сечения уступают каналам правильной формы по значению М, отклонения данной величины могут достигать десятков процентов;

- различия в значениях М эллиптических каналов в сравнении с круглыми возрастают с увеличением эксцентриситета эллипса-сечения;

- различия в усилении имеют место не только в сравнении с круглыми каналами среднего сечения, но и в несколько меньшей степени с каналами эквивалентного круглого диаметра. Известная теория приведения в соответствие значений М эллиптических и эквивалентных им круглых каналов весьма приближённа. Она учитывает только фактор калибра, но не берёт во внимание значительные изменения траекторий электронов, характерные для их движения в условиях электрических полей в дефектных каналах с нарушенной формой сечения.

14. Установлена степень влияния эмиссионной эффективности /? на усилительную способность каналов различных сечений и диаметров при разных имкп . Определено значение /? в процессе образования сотовой структуры на электронном изображении.

15. Разработанные алгоритмы позволили определить влияние различных факторов среди которых: с!к, 1ме/вых .» > ^жр ■> ^мкп на угловое и энергетическое распределения покидающих каналы электронов и соответственно на диаметр кружка рассеяния электронного изображения канала МКП на люминесцентном экране ЭОП с1р. Показано, что максимальные значения с1р составляют порядка 60 мкм. Уточнено известное из литературных источников уравнение расчёта величины с1р. Промоделирована взаимосвязь между углами вылета электронов из каналов МКП и их энергией. Подтверждено, что большинство электронов имеют меньший угол вылета (а<4°) и характеризуются более низкими значениями энергий (б <15-К20 эВ).

16. Разработана и реализована квазистатическая модель расчёта процессов токового насыщения, возникающих в выходной части канала, влияющих на распределение электрического поля в нём и его усилительную способность. Осуществлен расчёт усиления канала с учётом развития процесса нелинейности усиления при различных входных токах. Относительная погрешность полученных результатов в среднем равна 15-Н7%. Построенные расчётные и соответствующие экспериментальные зависимости близки по характеру и значениям, поэтому данная модель может использоваться при качественном анализе процессов токового насыщения в канальном умножителе.

17. Разработана виртуальная библиотека анализируемых конструктивных элементов различных канальных умножителей, функционирующих в разных режимах в условиях специальных устройств.

18. Внедрение и использование разработанных средств на соответствующих предприятиях позволило существенно развить возможности автоматизации проектирования продукции; снизить затраты на разработку и освоение новой продукции, вследствие замены моделированием дорогостоящего промышленного исследования и макетирования; обеспечило получение значительного экономического эффекта, учитываемого в себестоимости продукции.

1. Мирошников, М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов / М.М. Мирошников. Л.: Машиностроение, 1983. - 696 с.

2. Якушенков, Ю.Г. Теория и расчёт оптико-электронных приборов / Ю.Г. Якушенков. М.:Логос, 2004. - 480 с.

3. Парвулюсов, Ю.Б. Проектирование оптико-электронных приборов / Ю.Б. Парвулюсов, С.А. Родионов, В.П. Солдатов. М.: Логос, 2000. - 488 с.

4. Дебновецкий, C.B. Основы автоматизированного проектирования электронных приборов : учеб. пособие для вузов / C.B. Дебновецкий, Л.Д. Писаренко, В.К. Резниченко. Киев: Высшая школа, 1988. - 278 с.

5. Якушенков, Ю.Г. Основы теории и расчёта оптико-электронных приборов / Ю.Г. Якушенков. М.: Советское радио, 1971. 336 с.

6. Балекин, В.И., Применение ЭВМ для проектирования электронно-оптических систем электронно-лучевых приборов и установок : учеб. пособие для вузов / В.И. Балекин, А.Н. Иванов. Л.: ЛЭТИ, 1983. - 147 с.

7. Гуртовник, А.Г. Электронно-вакуумные приборы и основы их конструирования / А.Г. Гуртовник, Е.Г. Точинский, Ф.М. Яблонский. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 400 с.

8. Петренко, А.И. Основы построения системы автоматизированного проектирования : учеб. пособие для вузов / А.И. Петренко, О.И. Семёнов. -Киев: Высшая школа, 1984. 296 с.

9. Лачашвили, P.A. Системы автоматизированного проектирования электронной техники. Рекомендации по разработке типовых проектов / P.A. Лачашвили, В.И. Филатов. М.: ЦНИИ "Электроника", 1982. - 122 с.

10. Морозов, К.К. Автоматизированное проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры / К.К. Морозов, В.Г. Одиноков, В.М. Курейчик. М.: Радио и связь, 1983. - 263 с.

11. Норенков, И.П. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры: учеб. пособие для вузов / И.П. Норенков, B.JÏ. Маничев. М.: Высшая школа, 1983. - 311 с.

12. Лазарев, Л.П. Автоматизация проектирования оптико-электронных приборов / Л.П. Лазарев. М.: Машиностроение, 1986. - 320 с.

13. Петренко, А.И. Основы автоматизации проектирования /

14. A.И. Петренко. Киев: Техника, 1985. - 295 с.

15. Норенков, И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем : учеб. пособие для вузов / И.П. Норенков. -М.: Высшая школа, 1983. 311 с.

16. Алеев, P.M. Основы теории анализа и синтеза тепловизионной аппаратуры : учеб. пособие для вузов / P.M. Алеев, В.П. Иванов,

17. B.А. Овсянников. Казань: Казан, ун-т, 2000 - 252 с.

18. Дебновецкий, C.B. Численные методы анализа электронных приборов: учеб. пособие для вузов / C.B. Дебновецкий, О.В. Журавлёв, Л.Д. Писаренко. Киев: Высшая школа, 1988. - 278 с.

19. Хокни, Р. Численное моделирование методом частиц. Пер. с англ. / Р. Хокни, Д. Иствуд. М.: Мир, 1987. - 640 с.

20. Ахо, А. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. Пер. с англ. / А. Ахо, Дж. Хопкрофт, Дж. Ульман. М.: Мир, 1979. - 564 с.

21. Кормен, Т. Алгоритмы: построение и анализ. Пер. с англ. / Т. Кормен, Ч. Лейзерсон, Р. Ривест. М.: МЦНМО, 2004. - 960 с.

22. Мамонтов, Д.В. Алгоритмы на Quick Basic 4.5: учеб. пособие для вузов / Д.В. Мамонтов. Владикавказ: СКГМИ (ГТУ), 2007. - 766 с.

23. Трубицын, A.A. Программа моделирования аксиально-симметричных электронно-оптических систем: алгоритмы и характеристики / A.A. Трубицын // Прикладная физика. № 2, 2008. С. 56-62.

24. Цветков, В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов / В.Д. Цветков. -Минск: Наука и техника, 1979. 264 с.

25. Норенков, И.П. Системы автоматизированного проектирования. Принципы построения и структура. Кн.1: учеб. пособие для вузов / И.П. Норенков. Минск: Высшая школа, 1987. - 123 с.

26. Норенков, И.П. Системы автоматизированного проектирования. Численные методы решения систем уравнений. Кн.5: учеб. пособие для вузов/И.П. Норенков. Минск: Высшая школа, 1987. - 150 с.

27. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация. Пер. с англ. / О. Зенкевич, К. Морган. М.: Мир, 1986. - 318 с.

28. Бахвалов, Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов. М.: Наука, 1973. - 480 с.

29. Айзерман, М.А. Выбор вариантов: основы теории / М.А. Айзерман. -М.: Наука, 1990.-240 с.

30. Гермейер, Ю.Б. Введение в теорию исследования операций / Ю.Б. Гермейер. М.: Наука, 1971. - 384 с.

31. Половинкин, А.И. Автоматизация поискового конструирования /

32. A.И. Половинкин. М.: Радио и связь, 1981. - 344 с.

33. Березин, Ю.А. Численные методы оптимизации эмиссионных электронно-оптичесикх систем / Ю.А. Березин,- Новосибирск: Наука, 1987.122 с.

34. Корнеенко, В.П. Методы оптимизации: учеб. пособие для вузов /

35. B.П. Корнеенко. М.: Высшая школа, 2007. - 661 с.

36. Геминтерн, В.И. Методы оптимального проектирования / В.И. Геминтерн. М.: Энергия, 1980. - 160 с.

37. Уайлд, Д. Дж. Методы поиска экстремума. Пер. с англ. / Д.Дж. Уайлд. М. Наука, 1967. - 268 с.

38. Батищев, Д.И. Методы оптимального проектирования / Д.И. Батищев. М.: Радио и связь, 1984. - 247 с.

39. Васильев, Ф.П. Методы оптимизации / Ф.П. Васильев. М.: Наука, 2002. - 825 с.

40. Штайер, Р. Многокритериальная оптимизация. Пер. с англ. / Р. Штайер. М.: Радио и связь, 1992. - 504 с.

41. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976. -279 с.

42. Моисеев, Н.Н. Методы оптимизации / М.М. Моисеев, Ю.П. Иванилов, Е.М. Столярова. М.: Наука, 1978. - 351 с.

43. Асанов, М.О. Дискретная математика: графы, матрицы, алгоритмы / М.О. Асанов, В.А. Баранский, В.В. Расин. М.: Логос, 2002. - 288 с.

44. Длин, А.М. Математическая статистика: учеб. пособие для вузов / А.М. Длин. М.: Высшая школа, 1975. - 280 с.

45. Кондрашов, А.П. Основы физического эксперимента и математическая обработка результатов измерений / А.П. Кондрашов, Е.В. Шестопалов. М.: Атомиздат, 1977. - 190 с.

46. Климонтович, Ю.Л. Статистическая физика / Ю.Л. Климонтович. -М.: Наука, 1987. 122 с.

47. Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики: учеб. пособие для вузов / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. М.: Наука, - 1972. - 736 с.

48. Бенерджи, П. Методы граничных элементов в прикладных науках. Пер. с англ. / П. Беренджи, Р. Баттерфилд. М.: Мир, 1984. - 494 с.

49. Guest, A.J. A computer model of channel multiplier píate perfomance / A.J. Guest // Acta Electrónica, VI4, No.l, 1971. P. 79-99.

50. Евдокимов, B.H, О распределении плотности тока в изображении мультидина / В.Н. Евдокимов, А.А. Кудря, А.М. Тютиков // Радио и электроника. Т.2, №2, 1984. С. 390-392.

51. Тютиков А.М. Распределение электронов, выходящих из микроканальных пластин, по энергиям и направлениям / А.М. Тютиков, Л.Б. Цой // Оптико-механическая промышленность. №2, 1976. С. 20-22.

52. Евдокимов, B.H. Влияние разброса координат падения электронов входного тока на усиление и фактор шума микроканального умножителя / В.Н. Евдокимов, А.М. Тютиков, Ю.А. Флегонтов // Радиотехника и электроника. №3,1989. С. 601-605.

53. Семёнов, Е.П. Исследование коэффициента усиления потока электронов в микроканальной пластине / Е.П. Семёнов // Оптико-механическая промышленность. №10, 1982. С. 18-20.

54. Тютиков, А.М. Влияние геометрии микроканальных пластин на их характеристики / А.М. Тютиков, Г.С. Кравчук, Д.К. Саттаров // Оптико-механическая промышленность. №11, 1976. С. 51-55.

55. Choi, Y.S. Monte-Carlo simulations for tilted-channel electron multipliers / Y.S. Choi, J.M. Kim // IEEE Trans. Electron Devices. №6, 2000. -P. 1293-1296.

56. Кравчук, Г.С. Оптимизация параметров электронно-оптических систем с каналовым усилением яркости / Г.С. Кравчук, И.Р. Петрова, А.М. Тютиков // Оптико-механическая промышленность. №7, 1988. С. 19-20.

57. Айбунд, М.Р. Моделирование процесса размножения электронных лавин в МКП / М.Р. Айбунд, Д.А. Гоганов, Н.Я. Грудский // Серия "Общая и ядерная физика". Вып.З (43), 1988. С. 48-52.

58. Якобсон, А.М. Оценка коэффициента умножения вторично-электронного умножителя с непрерывным динодом / А.М. Якобсон // Радиотехника и электроника. Т.1., №10, 1986. С. 1813-1815.

59. Гончаров, И.Н. Моделирование траекторий электронов в канальных вторично-эмиссионных умножителях / И.Н. Гончаров, Е.Н. Козырев, А.Г. Моураов // Известия вузов. Проблемы энергетики. №3-4. Казань: КГЭУ, 2009.-С. 94-103.

60. Мерзлов, B.C. Уточнение простейшей шаговой модели канала МКП / B.C. Мерзлов // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 5. Владикавказ: СКГТУ, 1998. С. 8-12.

61. Козырев, E.H. Вопросы моделирования траекторий в канале МКП / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, JI.M. Дедегкаева // Сб. научных трудов СевероОсетинского отделения Академии наук высшей школы РФ. Вып. 4, Владикавказ, 2006. С. 127-131.

62. Гончаров, И.Н. Моделирование и сравнительный анализ усиления электронного сигнала в различных каналах МКП / И.Н. Гончаров // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. №5, 2008. С.32-36.

63. Гончаров, И.Н. Алгоритм САПР канальных электронных умножителей / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев // Вестник Воронежского государственного технического университета. Том 5, №6, 2009. С.114-116.

64. Гончаров, И.Н . Автоматизированное проектирование канальных электронных умножителей / И.Н. Гончаров // Приборы и системы. №3, 2009. С. 28-44.

65. Гончаров, И.Н. Моделирование и автоматизированный расчёт энергетических и угловых распределений электронов в промежутке микроканальная пластина-экран / И.Н. Гончаров // Известия вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. №2, 2009. С. 12-17.

66. Перепелицын, В.В. Оптимизация компьютерной модели канального умножителя / В.В. Перепелицын // Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий: Сб.мат-лов VI Международной конф. Владикавказ, 2007. - С. 41-43.

67. Гончаров, И.Н. Разработка алгоритма автоматизированного проектирования элементов фотоэлектронных датчиков / И.Н. Гончаров // Горный информационно-аналитический бюллетень. №4, 2009. С. 125-131.

68. Козырев, E.H. Разработка и реализация модели поведения электронов, эмитируемых МКП / E.H. Козырев, И.Н. Гончаров // Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий: Сб.мат-лов VI Международной конф. Владикавказ, 2007. - С. 150-154.

69. Гончаров, И.Н. Разработка математического описания поведения электронов в условиях канала МКП / И.Н. Гончаров, E.H. Козырев, А.Г. Моураов // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Физика. №5, 2008. С. 39-42.

70. Гончаров, И.Н. Решение оптимальной задачи в САПР канальных умножителей / И.Н. Гончаров // Потенциал развития России XXI века: Сб. статей Всеросс. научно-прак. конф. Пенза, 2009. - С. 22-23.

71. Перепелицын, В.В. Учёт влияния поля канала на глубину влёта первичных электронов /В.В. Перепелицын, А.Е. Проскурин // Труды СевероКавказского государственного технологического университета. Вып. 9. Владикавказ: СКГТУ, 2002. С. 189-192.

72. Дегтяр, П.А. Учёт влияния глубины влёта первичных электронов в микроканальную пластину на коэффициент усиления тока / П.А. Дегтяр // Известия вузов. Физика. №12, 2004. С. 87-88.

73. Беркин, А.Б. Моделирование влияния входного тока на усиление в канале микроканальной пластины / А.Б. Беркин, В.В. Васильев // Прикладная физика. №2, 2006. С. 98-102.

74. Беркин, А.Б. Математическая модель режима усиления постоянного тока в канале микроканальной пластины / А.Б. Беркин, В.В. Васильев // Журнал технической физики. №2, 2008. С. 130-133.

75. Беркин, А.Б. Математическое моделирование режима усиления импульсного тока в канале микроканальной пластины / А.П. Беркин, В.В. Васильев // Журнал технической физики. №2, 2008. С. 127-129.

76. Кулов, С.К. Поле в канале микроканальной пластины с заряженными стенками / С.К. Кулов, В.В. Перепелицын, A.B. Плиев // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 1. Владикавказ: СКГТУ, 1995. С. 172-176.

77. Перепелицын, В.В. Электронное усиление микроканальной пластины с учётом заряда стенок / В.В. Перепелицын, И.А. Богомолов // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 2. Владикавказ: СКГТУ, 1996. С. 191-193.

78. Евдокимов, В.Н. Исследование и расчёт электронно-оптических систем / В.Н. Евдокимов, А. В. Шиманская // Аннотир. отчёт. Орджоникидзе: Северо-Кавказский горно-металлургический институт, 1984. - 72 с.

79. Gatty, Е. Study of the electric field inside microchahhel plate miltipliers / E. Gatty, K. Ola, P. Rehak // Trans. Nucí. Sciense, V. 5-30, No.l, 1983. P. 461468.

80. Семёнов, Е.П. О разрешающей способности ЭОП / Е.П. Семёнов // Оптико-механическая промышленность. №1, 1976. С. 12-15.

81. Кулов, С.К. Разрешающая способность МКП / С.К. Кулов. -Владикавказ: Баспик, 2000. 84 с.

82. Силадьи, М. Электронная и ионная оптика. Пер. с англ. / М. Силадьи. М.: Мир, 1990. 520 с.

83. Бинс, Р. Анализ и расчёт электрических и магнитных полей. Пер. с англ. / Р. Бинс, П. Лауренсон. М.: Энергия, 1970. - 420 с.

84. Демирчян, К.С. Машинные расчёты электромагнитных полей: учеб. пособие для вузов / К.С. Демирчян, В.Л. Чечурин. М.: Высшая школа, 1986. - 237 с.

85. Миролюбов, H.H. Методы расчёта электростатических полей: учеб. пособие для вузов / H.H. Миролюбов, М.В. Костенко, М.Л. Левинштейн. М.: Высшая школа, 1963. 414 с.

86. Колечицкий, Е.С. Расчёт электрических полей устройств высокого напряжения / Е.С. Колечицкий. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 166 с.

87. Кулов, С.К. Вторичная электронная эмиссия резистивно-эмиссионного слоя каналов МКП / С.К. Кулов. Владикавказ: Баспик, 2000. -121 с.

88. Бутслов, М.М. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях / М.М. Бутслов, Б.М. Степанов, С.Д. Фанченко. М.: Наука, 1978. - 432 с.

89. Берковский, А.Г. Вакуумные фотоэлектронные приборы / А.Г. Берковский, В.А. Гаванин, И.Н. Зайдель. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

90. Жигарев, A.A. Электронная оптика и электронно-лучевые приборы / A.A. Жигарев. М.: Высшая школа, 1972. - 535 с.

91. Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений / под ред. Б Кейзана. Т. 1 М.: Мир, 1978. - 336 с.

92. Берковский, А.Г. Вакуумные фотоэлектронные приборы / А.Г. Берковский, В.А. Гаванин, И.Н. Зайдель. М.: Энергия, 1976. - 344 с.

93. Брагин, Б.Н. Микроканальные электронно-оптические преобразователи / Б.Н. Брагин, А.Е. Меламид // Итоги науки и техники: Сб. ВИНИТИ. Т.9, 1979. С. 102-133.

94. Павлов, С.И. Электронно-оптические преобразователи / С.И. Павлов // Итоги науки и техники: Сб. ВИНИТИ. Т.9, 1979. С.82-95.

95. Эккарт, Ф. Электронно-оптические преобразователи изображений и усилители рентгеновских изображений. Пер. с нем. / Ф Эккарт. М.: Госэнергоиздат, 1961. - 356 с.

96. Соболева, H.A. Фотоэлектронные приборы: учеб. пособие для вузов / H.A. Соболева, А.Е. Меламид. М.: Высшая школа, 1974. - 376 с.

97. Тарасов, В.В. Инфракрасные системы смотрящего типа / В.В. Тарасов, Ю.Г. Якушенков. М.: Логос, 2004. - 443 с.

98. Волков, В.Г. Приборы ночного видения новых поколений / В.Г. Волков // Спецтехника №3, 2002. С. 2-8.

99. Криксунов, Л.З. Приборы ночного видения / Л.З. Криксунов. -Киев: Техника, 1975. 215 с.

100. Бронштейн, И.М. Вторичная электронная эмиссия / ИМ. Бронштейн, Б.С. Фрайман. М.: Наука, 1969. - 408 с.

101. Добрецов, Л.Н. Эмиссионная электроника / Л.Н. Добрецов, М.В. Гомоюнова. М.: Наука, 1966. - 564 с.

102. Айбунд, М.Р. Вторично-электронные умножители открытого типа и их применение / М.Р. Айбунд, Б.В. Поленов. М.: Энергоиздат. - 1981. -350 с.

103. Ковалёв, В.П. Вторичные электроны / В.П. Ковалёв. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 256 с.

104. Соболев В.Д. Физические основы электронной техники: учеб. пособие для вузов / В.Д. Соболев. М.: Высшая школа, 1979. - 448 с.

105. Фридрихов, С.А. Физические основы электронной техники: учеб. пособие для вузов / С.А. Фридрихов. М.: Высшая школа, 1982. - 608 с.

106. Панков, Ж. Оптические процессы в полупроводниках. Пер. с англ. / Ж. Панков. М.: Мир, 1973. - 250 с.

107. Шалимова, К.В. Физика полупроводников / К.В. Шалимова. М.: Энергия, 1971. - 375 с.

108. Лепешинская, В.Н. Вторично-эмиссионные характеристики эффективных эмиттеров на основе сплавов в широком диапазоне энергийпервичных электронов / В.Н. Лепешинская, В.Л. Борисов, Т.М'. Перчаыок // Радио и электроника. Т.2, №10, 1960. С. 1636 - 1638.

109. Щемелев, В.Н. Определение толщины и эффективности зоны выхода истинно-вторичных электронов на основе исследования энергетического1 состава рентгеновской фотоэмиссии / В.Н. Щемелев, Е.П. Денисов // Сб. ФТТ, №4, 1963. С. 1132-1133.

110. Кулов, G.K. Микроканальные пластины / С.К. Кулов, Г.П. Романов, Г.Т. Петровский // Электронная промышленность. №3, 1989. -С. 13-17.

111. Кулов, С.К. Газосодержание и газовыделение МКП / С.К. Кулов. -Владикавказ: Баспик, 2000. 98 с.

112. Eschard, G. Principie and characteristics of channel electrón multipliers / G: Eschard, B. Manley // Acta Electrónica, V. 14, No. 1, 1971. P. 19-391

113. Алкацева, Т.Д. Закономерности формирования и минимизация дефектов электронного изображения микроканальных пластин: дис. канд. техн. наук 05.27.02 / Татьяна Даниловна Алкацева; Северо-Кавказский, госуд. технолог, ун-т. Владикавказ, 1999. - 247 с.

114. Способ изготовления микроканальной пластины: патент № 2198957. Рос. Федерация: МПК7 С14/24 / С.К. Кулов, Ю.Л. Пергаменцев, С.А. Кесаев, Э.А. Платов. Опубл. 2003.

115. Макаров, Е.Н. Влияние калибра каналов на характеристики МКП / Е.Н. Макаров, С.К. Кулов // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 7. Владикавказ: СКГТУ, 2000. О. 9096.

116. Кулов, С.К. Качество спая жила-оболочка в технологии микроканальных пластин / С.К. Кулов, Н.В. Беришвили // Юбилейные труды

117. Северо-Кавказского горно-металлургического института. Владикавказ: СКГМИ, 2006. С. 109-125.

118. Кулов, С.К. Влияние контактных электродов на качество МКП / С.К. Кулов, Ю.Л. Пергаменцев // Микро- и нанотехнологии и фотоэлектроника: Сб. материалов Междунар. научно-техн. конф. КБГУ, Нальчик, 2008. - С. 72.

119. Кесаев, С.А. Минимизация дефектов геометрической структуры МКП / С.А. Кесаев, С.К. Кулов, E.H. Макаров // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 7. Владикавказ: СКГТУ, 2000.-С. 100-104.

120. Асламурзаев, К.С. Микроканальные пластины с высокой проводимостью / К.С. Асламурзаев, Т.Н. Дунаева, К. А. Езинова // Оптический журнал. №11, 1992. С. 79-80.

121. Михайлова, И.В. Повышение стабильности электронно-оптических преобразователей с МКП при оптимизации процессов изготовления: дис. канд. техн. наук 05.27.02 / Ирина Валентиновна Михайлова; Московский энергетический институт. Москва, 1994. - 182 с.

122. Беляевский, O.A. Влияние стеночного заряда на работу канальных электронных умножителей / O.A. Беляевский, В.И. Минеев, Ю.С. Коробочко // Общая и ядерная физика. Вып. 3 (43), 1988. С. 51-53.

123. Способ тренировки электровакуумного прибора с микроканальной пластиной: авторское свидетельство №1466575 СССР: МПК6 H01J/31/50 / И.В. Михайлова, C.B. Тарченко, А.Н. Цаголов, Ю.А. Розэ, С.К. Кулов. опубл. 1990.

124. Инверсионный электронно-оптический преобразователь: патент №2139589. Рос. Федерация: МПК6 H01J/31/50 / Ю.А. Розэ, В.Н. Бурзянцев, E.H. Козырев, И.Н. Гончаров, Г.В. Федотова, Н.Г. Максимова. Опубл. 1999.

125. Леонов, Н.Б. Собственные шумы МКП / Н.Б. Леонов, A.M. Тютиков, К.А. Езикова // Оптико-механическая промышленность. №3, 1989.-С. 9-11.

126. Гончаров И.Н. Модель автоматизированного анализа браков в производстве микроканальных пластин / И.Н. Гончаров, В.А. Маркина,

127. К.Ю. Кцоев // Труды молодых учёных СКГМИ. Вып. 1, Владикавказ, 2006. -С. 32-35.

128. Loty, С. Saturation effects in channel electrón multiplier / C. Loty // Acta Electrónica. V. 14, No.l, 1971. P. 19-39.

129. Минеев, В.И. Влияние стеночного заряда на работу канальных электронных умножителей / В.И. Минеев, Ю.С. Коробочко // Сер. Общая и ядерная физика. Вып. 3 (43), 1988. С. 51-53.

130. Кулов, С.К. О причинах и путях устранения микропористости стенок каналов МКП / С.К. Кулов, А.Б. Попугаев // Сб. научных трудов Северо-Осетинского отделения Академии наук Высшей школы Р.Ф. Вып 1 (II). Владикавказ, 2003. С. 120-125.

131. Белов, В.С. Стабилизация коэффициента усиления микроканальной пластины с диаметром единичного канала 6-10 микрон во времени / В.С. Белов, В.Н. Васильев, В.Д. Наумчик (/ Сб. мат-лов VI

132. Междунар. научно-техн. конф. Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики. Санкт - Петербург, 2002. - С. 15-18.

133. Перепелицын В.В. Влияние паров цезия на резистивные характеристики микроканальных пластин / В.В. Перепелицын // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. 3. Владикавказ: СКГТУ, 1997. С. 250-252.

134. Шульман, А.Р. Взаимодействие электронов со щёлочно-галоидными кристаллами / А.Р. Шульман, Д.А. Ганичев // Сб. Физика щёлочно-галоидных кристаллов. Рига, 1962. - С. 263-265.

135. Травин, В.Г. Об оценке разрешающей способности прибора с ЭОПом / В.Г. Травин // Оптико-механическая промышленность. №7, 1975. -С. 53-57.

136. Чуйко, Г.А. Основные характеристики высокосвинцовистого стекла, как материала для вторично-электронных умножителей с непрерывным динодом / Г.А. Чуйко, Я.М. Якобсон // Радио и электроника. №9, 1966. -С. 1683-1686.

137. Then, А.М., Pantano C.G. Non-Crystalline Solids // Vol. 120. 1990. -P. 178-187.

138. Файнберг, E.A. Восстановленные в водороде стёкла, как материал для новых типов вторично-эмиссионных приборов и высокоомных сопротивлений сложных конфигураций / Е.А. Файнберг // Вопросы радиоэлектроники. Сер. IV, вып. 8, 1964. С. 43-51.

139. Trap, I.L. Electronic conductivity in oxide glasses / I.L. Trap // Acta Electrónica, V. 14, No. 1, 1971. P. 41-77.

140. Крымская, H.A. Анализ волоконно-оптических свинцово-силикатных стёкол ядерно-физическими методами / Н.А. Крымская, М.В. Пестрикова, Г.Т. Петровский // Оптический журнал. №11, 1992. С. 511.

141. Тютиков, А.М. Исследование состава поверхностного слоя и коэффициента вторичной электронной эмиссии свинцовосиликатных стёкол /

142. A.M. Тютиков, H.B. Королёв, М.Н. Тоисева // Оптико-механическая промышленность. №4, 1980. С. 11-13.

143. Зажигаев, JI.C. Методы планирования и обработки результатов эксперимента / JI.C. Зажигаев. М.: Атомиздат, 1978. - 231 с.

144. Пискунов, Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления / Н.С. Пискунов. М.: Наука, 1964. - 544 с.

145. Зельдович, Я.Б. Элементы прикладной математики / Я.Б. Зельдович, А.Д. Мышкис. М.: Наука, 1972. - 592 с.

146. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. М.: Наука, 1980. 976 с.