Модель критической электронной эмиссии из диэлектрика, индуцированной инжекцией плотного наносекундного пучка электронов
Диссертация
Критическая мощная электронная эмиссия из диэлектрика была обнаружена в лаборатории нелинейной физики случайно, когда в ионных диэлектриках велись поиски явления, подобного келдышевской конденсации электронов в полупроводниках. Ожидалось, что плотная электронно-дырочная плазма 101б-ЬЮ18 см-3 теряет устойчивость против экранированного кулоновского притяжения и сжижается в сверхплотные… Читать ещё >
Содержание
- Введение
- 1. ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ ИЗ МЕТАЛЛОВ И ДИЭЛЕКТРИКОВ
- 1. 1. Классификация видов электронной эмиссии
- 1. 2. Вторичная электронная эмиссия
- 1. 2. 1. Основные свойства вторичной электронной эмиссии
- 1. 2. 2. Влияние электрического поля на коэффициент вторичной электронной эмиссии диэлектриков
- 1. 3. Автоэлектронная эмиссия
- 1. 3. 1. Автоэлектронная эмиссия металлов
- 1. 3. 2. Автоэлектронная эмиссия полупроводников
- 1. 4. Взрывная электронная эмиссия
- 1. 4. 1. Математическое моделирование ВЭЭ
- 1. 5. Электронная эмиссия тонких диэлектрических слоев, индуцированная сильным электрическим полем
- 1. 6. Критическая электронная эмиссия диэлектриков под действием электронных пучков малой интенсивности
- 1. 7. Мощная критическая электронная эмиссия диэлектриков под действием плотных наносекундных пучков электронов обзор экспериментальных данных)
- 1. 7. 1. Экспериментальные результаты
- 1. 8. Выводы из обзора литературы и постановка задачи
- 2. ОДНОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ КРИТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ ДИЭЛЕКТРИКОВ
- 2. 1. Система уравнений и граничные условия
- 2. 2. Описание процессов, происходящих при критической электронной эмиссии
- 2. 2. 1. Объемная скорость образования ионизационно-пассивных электронов и дырок
- 2. 2. 2. Рекомбинация электронов и дырок
- 2. 2. 3. Захват электронов ловушками (уровнями захвата)
- 2. 2. 4. Эффект Пула — Френкеля
- 2. 2. 5. Ударная ионизация ловушек.
- 2. 2. 6. Ток проводимости
- 2. 2. 7. Ток эмиссии
- 2. 3. Результаты расчета по одномерной модели и сравнение экспериментом
- 2. 3. 1. Влияние различных процессов на эмиссию
- 3. 1. Последовательность процессов, сопровождающих эмиссию
- 3. 2. Решение одномерной задачи в объеме диэлектрика до начала эмиссии
- 3. 3. Решение одномерной задачи по поверхности диэлектрика
- 3. 3. 1. Система уравнений, описывающих процессы в приповерхностном слое
- 3. 3. 2. Квантование спектра электронов в приповерхностном слое
- 3. 3. 3. Итерационная процедура в приповерхностном слое
- 3. 4. Расчет плотности тока эмиссии
- 3. 5. Результаты расчета и сравнение с экспериментальными данными
Список литературы
- Вайсбурд Д.И., Месяц Г. А., Сёмин Б. Н. Малогабаритные ускорители и радиационная физика // Всесоюзное совещание «Диэлектрические материалы в экстремальных условиях». Тезисы докладов. Суздаль.- 1990. Т. 1. — С. 25−33.
- Вайсбурд Д.И., Сёмин Б. Н., Таванов Э. Г. и др. Высокоэнергетическая электроника твердого тела. Новосибирск: Наука, 1982. — 227 с.
- Балычев H.H., Вайсбурд Д. И., Геринг Г. И. Мощная эмиссия при импульсном облучении диэлектриков электронными пучками большой плотности // Известия ВУЗов. Физика. 1975. — № 3. — С. 157−158.
- Балычев И.Н., Вайсбурд Д. И., Геринг Г. И. Мощная пороговая эмиссия диэлектриков при облучении наносекундными электронными пучками большой плотности // Письма в ЖТФ. 1976. — Т. 2. — № 7.- С. 327−330.
- Tverdokhlebov S., Vaisburd D. Critical high-power electron emission from dielectric induced by high-density electron beam injection // Proc. 2 Int. Conf. on Space Charge in Solid Dielectrics. Antibes. France. 1995. — P. 118−125.
- Добрецов Л.М., Гомоюнова M.B. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966. — 564 с.
- Месяц Г. А. Эктоны. Екатеринбург: УИФ «Наука», Часть 1. — 1993- Часть 2, 3. — 1994.
- Mesyats G.A. Cathode phenomena in a vacuum discharge: the breakdown, the spark and the ark. M.: Nauka, 2000. — 400 p.
- Бронштейн И.М., Фрайман Б. С. Вторичная электронная эмиссия. -М.: Наука, 1969. 407 с.
- Шульман А.Р., Фрайман Б. С. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела. М.: Наука, 1977. — 551 с.
- Dekker A.J. On the escape mechanism of the secondary electron from insulators // Physica. 1955. V. 21. — P. 29−38.
- Горный М.Б. Исследование распределения вторичных электронов по энергиям с монокристаллов меди, покрытых монокристаллическими пленками закиси меди // ЖТФ. 1954. — Т. 26. — Вып. 3. — С. 327−336.
- Sternglass E.J. Backscattering of kilovolt electrons from solids // Phys. Rev. 1954. — V. 95. — № 2. — P. 345−358.
- Бронштейн И.М., Фрайман Б. С. О пробеге киловольтных электронов в твердых телах // ФТТ. 1961. — Т. 3. — Вып. 4. — С. 1122−1124.
- Kishimoto Y., Hayashi Т., Mashimoto М., Ohshima Т. Secondary electron emission from polymers and its application to the flexible channel electron multiplier // J. of Appl. Pol. Sci. 1977. — V. 21. — P. 2721−2733.
- Мацкевич T.Jl. Вторичная электронная эмиссия некоторых полимеров // ФТТ. 1959. — Т. 1. — С. 277−281.
- Willis R.F., Skinner D.K. Secondary electron emission yield behavior of polymers // Solid State Com. 1973. — V. 13. — P. 685−688.
- Burk E.A. Secondary emission from polymer // IEEE Trans. Nucl. Sci. -1980. V. NS-27. — № 6. — P. 1760−1764.
- Таванов Э.Г., Наминов В.JI. Измерение интегральных коэффициентов отражения сильноточных электронных пучков от металлов // Известия ВУЗов. Физика. 1978. — № 7. — С. 151−152.
- Проблемы прикладной физики. Электреты. / Под ред. Сесслера Г. -М.: Мир, 1983. 486 с.
- Евдокимов О.Б., Кононов Б. А. Ягушкин Н.И. Ограничение тока пучка быстрых электронов полем объемного заряда в диэлектриках // Известия ВУЗов. Физика. 1975. — С. 139−141.
- Watson A., Dow J. Emission processes accompanying megavolt electron irradiation of dielectrics // J. of Appl. Phys. 1968. — V. 39. — № 13. -P. 5935−5940.
- Seller. Zur deutimg der feldverstarken SE an kompacten NaCl // Schichlen, Naturwissenschaft. 1965. — V. 52. — № 17. — P. 491−499.
- Knoklev W.S., van Vliet K.M. Field-enhanced secondary electron emission from polar crystals //J. Appl. Phys. 1965. — V. 36. — № 5. — P. 1714−1719.
- Ивановский С.А., Ягушкин Н. И. Влияние поля объемного заряда в диэлектриках на коэффициент вторичной электронной эмиссии // Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия Общая и Атомная Физика. 1985. — Вып. 3. — С. 147−150.
- Капауа К., Kawakatsu Н. Secondary electron emission due to primary and backscattered electrons //J. Phys. D: Appl. Phys. 1972. — V. 5. -№ 9. — P. 1727−1742.
- Капауа K., ONo Ishigaki F. Secondary electron emission from insulators // J. Phys. D: Appl. Phys. 1978. — V. 11. — P. 2425−2437.
- Christov S.G. Resent test and new application of the unified theory of electron emission // Surf. Sci. 1978. — V. 70. — P. 32−51.
- Капауа K., Okayama S. Penetration and energy boss theory of electrons in solid targets // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1972. — V. 5. — № 1. — P. 43−58.
- Knoklev W.S., van Vliet K.M. Escape mechanism of secondary electrons in polar crystals // Phys. Rev. 1962. — V. 28 — P. 1123−1130.
- Fitting H.J., Boyde J. Monte-Carlo calculation of electron attenuation in Si02 // Phys. Stat. Solid, (a) 1983. — V. 75. — № 1. — P. 137−142.
- Fitting H.J., Boyde J., Reinhardt J. Monte-Carlo approach of electron emission from Si02 // Phys. Stat. Solid, (a) 1984. — V. 81. — № 1. -P. 323−332.
- Ивановский С.А. Взаимодействие электронов с энергиями десятки килоэлектронвольт с диэлектриками, имеющими открытую облучаемую поверхность. Дисс. на соискание ученой степени кандидата физмат. наук. Томск, 1986. — 160 с.
- Frohlich. Electrons in lattice fields // Advan. Phys. 1954. — V. 3. -P. 325−361.
- Frederickson A.R., Woolf S. Electric fields in keV electron irradiated dielectrics // IEEE Trans. Nucl. Sei. 1982. — V. NS-29. — № 6. — P. 20 042 011.
- Dekker A.J. Solid state physic. London.: Macmillan and Co Ltd., 1960.- 540 p.
- Fowler R.H., Nordheim L. Electron emission in intense electric fields. Proceedings of the Royal Society. Ser. A. 1928. — V. 119. — № A781. -P. 173−180
- Флюгге 3. Задачи по квантовой механике. М.: Мир., 1974. — Т. 1. 342 с. (перевод с английского).
- Елинсон М.И., Васильев Г. Ф. Автоэлектронная эмиссия. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1958. — 272 с.
- Фишер Р., Нойман X. Автоэлектронная эмиссия полупроводников. Современные проблемы физики. М.: Наука, 1971. — 215 с.(перевод с немецкого).
- Моргулис Н.Д. К вопросу об эффекте Шоттки для сложных полупроводниковых катодов // ЖЭТФ. 1946. — Т. 16. — Вып. 11. — С. 959−963.
- Stratton R. // Proceedings of the Physic Society. 1955. — V. 63. — № 430.- P. 746−758.
- Stratton R. Theory of field emission of semiconductors // Physical Review.- 1962. V. 125. — № 1. — P. 67−82.
- Елинсон М.И., Ждан А. Г. Новые свойства электронной эмиссии систем, содержащих тонкие диэлектрические слои // Радиотехника и электроника. 1959. — Т. 4. — № 1. — С. 135−137.
- Васильев Г. Ф. К вопросу о автоэлектронной эмиссии полупроводников // Радиотехника и электроника. 1958. — Т. 3. № 7. — С. 962−964.
- Брежнев Б.Т. Эмиссия электронов с сурьмяно-дезиевой поверхности под действием сильных электрических полей // ЖЭТФ. 1947. -Т. 17. — Вып. 2. — С. 108−114.
- Фурсей Г. Н., Львов О. И. Новое в исследовании автоэлектронной эмиссии полупроводников. Современные проблемы физики. М.: Наука, 1971. — 215 с.
- Бугаев С.П., Искольдский A.M., Месяц Г. А., Проскуровский Д. И. Электронно-оптическое наблюдение инициирования и развития импульсного пробоя короткого вакуумного промежутка // ЖТФ. 1967.- Т. 37. № 12. — С. 2206−2208.
- Месяц Г. А., Проскуровский Д. И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1984. — 256 с.
- Фурсей Г. Н., Воронцов-Вельяминов П.Н. Качественная модель инициирования вакуумной дуги // ЖТФ. 1967. — Т. 37. — № 10. — С. 18 701 888.
- Литвинов Е.А., Месяц Г. А., Парфёнов А. Г. О природе взрывной электронной эмиссии // ДАН СССР. 1983. — Т. 269. — № 2. — С. 343−345.
- Литвинов Е.А., Месяц Г. А., Парфёнов А. Г. О природе цикличности взрывной электронной эмиссии // ДАН СССР. 1984. — Т. 279. — № 4.- С. 864−866.
- Лоскутов В.В., Лучинский A.B., Месяц Г. А. Магнито-гидродинами-ческие процессы в начальной стадии взрывной эмиссии // ДАН СССР.- 1983. Т. 271. — № 5. — С. 1120−1122.
- Литвинов Е.А., Месяц Г. А., Парфёнов А. Г. Об особенностях перехода металл плазма в начальной стадии взрывоэмиссионного цикла катода // ДАН СССР. — 1991. — Т. 320. — № 2. — С. 319−321.
- Litvinov Е.А., Parfyonov A.G., Shmelev D.L. Nonstationery model of the cathode and nearcathod processes in a vacuum arc // Proc. ISDEIV-XV. Darmstadt. 1992. — P. 326−330.
- Malter L. Thin film field emission // Phys. Rev. 1936. — V. 50. — № 1. -P. 48 — 58. Malter L. // Phys. Rev. — 1936. — V. 49. — № 11. — P. 879−880.
- Dobishek D., Jacobs H., Freely J. The mechanism of self-sustained electron emission from magnesium oxide // Phys. Rev. 1953. — V. 91. — №. 4. -P. 804−812.
- Серебров JI.А., Фридрихов С. А. Усиленная полем вторичная электронная эмиссия тонких пленок хлористого натрия // Радиотехника и электроника. 1962. — Т. 7. — № 9. — С. 1649−1656.
- Яснопольский Н.Л., Малышева B.C. Исследование вторичной электронной эмиссии на прострел, зависящей от поля // Радиотехника и электроника. 1962. — Т. 7. — № 9. — С. 1657−1665.
- Sternglass Е., Goetze G. // Trans. IRE (3), NS. 1962. — V. 9. — p. 97.
- Зернов Д.В. О влиянии сильных электрических полей на вторичную электронную эмиссию тонких диэлектрических пленок и перспективах практического применения этого эффекта // ЖТФ. 1945. — Т. 15.- Вып. 7. С. 436−447.
- Елинсон М.И., Зернов Д. В. К вопросу о механизме электронной эмиссии тонких диэлектрических слоев под действием сильного электрического поля (эффект Малтера) // Радиотехника и электроника. -1957. Т. 2. — № 1. — С. 75−85.
- Серебров Л.А. Развитие теории Елинсона-Зернова на втором этапе исследования малтеровской эмиссии // Радиотехника и электроника.- 1980. Т. 25. — № 11. — С. 2433−2442.
- Яснопольский Н.Л., Малышева B.C. Особенности вторичной эмиссии тонких слоев и эффект Малтера // Радиотехника и электроника. -1964. Т. 9. — № 7. — С. 1293−1298.
- Фридрихов С.А., Иванов В. Н., Серебров Л. А., Шевцов A.A. Исследование вторичной электронной эмиссии положительно заряженных диэлектрических слоев // ФТТ. 1964. — Т. 6. — № 1. — С. 236−246.
- Jacobs Н., Freely J., Brand F. The mechanism of field dependent secondary emission // Phys. Rev. 1952. — V. 88. — № 3. — P. 492−499.
- Brand F., Jacobs H. Energy distributions of field dependent secondary electrons // Phys. Rev. 1955. — V. 97. — № 1. — P. 81−85.
- Яснопольский H.JI., Шабельникова А. Э., Шавалдик В. А., Ложкина Н. С. Исследование вторичной эмиссии, усиленной полем, из пористых эмиттеров // Известия АН СССР. Серия физика. 1966. -№ 12. — С. 1882−1888.
- Dow J., Nablo S.V. Time resolved electron deposition studies at high dose rates in dielectrics // IEEE Trans. Nucl. Sei. 1967. — V. NS-14. — № 6.- P. 231−236.
- Frederickson A.R., Chesley A.L. Charging/discharging of Space Shuttle tile material under irradiation // IEEE Trans. Nucl. Sei. 1983. — V. NS-30. — № 6. — P. 4296−4301.
- Blaise G., Le Gressus C. // C. R. Acad. Sei. Paris. 1992. — t. 314. — Serie II. — p. 1017.
- Le Berre P. Space charge influence generated by electronic beam on insulator secondary emission // Proc. 2 Int. Conf. on Space Charge in Solid Dielectrics. Antibes. France. 1995. — P. 322−328.
- Vicario E. Simulation de la charge et de l’emission secondaire des isolants soumis a un bombardement electronique: application an quartz a // Proc. 2 Int. Conf. on Space Charge in Solid Dielectrics. Antibes. France. 1995.- P. 243−263.
- Келдыш Л.В. Коллективные свойства экситонов в полупроводниках // Экситоны в полупроводниках. М.: Наука, 1971. — С. 5−18.
- Вайсбурд Д.И., Балычев И. Н. Разрушение твердого тела в результате сверхплотного возбуждения его электронной подсистемы // Письма в ЖТФ. 1972. — Т. 15. — № 9. — С. 537−540.
- Ковальчук Б.М., Месяц Г. А., Сёмин Б. Н., Шпак В. Г. Сильноточный наносекундный ускоритель для исследования быстропротекаю-щих процессов // ПТЭ. 1981. — № 4. — С. 15−18.
- Вайсбурд Д.И., Пичугин В. Ф., Твердохлебов С. И. Пороговая эмиссия диэлектриков при их облучении импульсными электронным потоками // VII Всесоюзный симпозиум по сильноточной электронике. Тезисы докладов. Томск. 1988. — Часть 1. — С. 76−77.
- Вайсбурд Д.П., Таванов Э. Е. Пикосекундный компонент проводимости ионных кристаллов при облучении электронными пучками большой плотности // Письма в ЖТФ. 1975. — Т. 1. — Вып. 11. — С. 531 534.
- Месяц Е.А. Еенерирование мощных наносекундных импульсов. М.: Сов. радио, 1974. — 255 с.
- Вайсбурд Д.П., Твердохлебов С. П., Тухфатуллин Т. А. Критическая (взрывная) электронная эмиссия из диэлектриков, индуцированная инжекцией плотного пучка электронов // Известия ВУЗов. Физика.- 1997. № 11. — С. 45−68.
- Френкель Я.И. К теории электрического пробоя в диэлектриках и электронных полупроводниках // ЖЭТФ. 1938. — Т. 8. — Вып. 12. -С. 1292−1301.
- Келдыш Л.В. К теории ударной ионизации в полупроводниках // ЖЭТФ. 1965. — Т. 48. — Вып. 6. — С. 1692−1707.
- Tab at, а Т., Ito R. An algorithm for the energy deposition by fast electrons // Nucl. Sci. and Eng. 1974. — V. 52. — P. 226−239.
- Алукер Э.Д., Лусис Д. Ю., Чернов С. А. Электронные возбуждения и радиолюминесценция щелочно-галоидных кристаллов. Рига: Зи-натне, 1979. — 252 с.
- Воробьёв А.А., Кононов Б. А. Прохождение электронов через вещество. Томск: Издательство ТГУ, 1966. — 178 с.
- Баранов В.Ф. Дозиметрия электронного излучения. М.: Атомиздат, 1974. — 229 с.
- Эланго М.А. Элементарные неупругие радиационные процессы. М.: Наука, 1988. — 152 с.
- Стародубцев С.В. Полное собрание научных трудов. Ташкент: Фан, 1970. — Т. 2. — 379 с.
- Лейман К. Взаимодействие излучения с твердым телом и образование элементарных дефектов. М.: Атомиздат, 1979. — 296 с.
- Евдокимов О.Б. Квазистационарное взаимодействие быстрых электронов и объемного заряда в диэлектриках. Автореферат дисс. на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. М., 1980.
- Аккерман А.Ф., Никитушев Ю. М., Ботвин В. А. Решение методом Монте-Карло задач переноса быстрых электронов в веществе. -Алма-Ата: Наука, 1972. 163 с.
- Cole A. Absorption of 20-eV to 50-keV electron beams in air and plastic // Radiation Research. 1969. — V. 38. — № 1. — P. 7−33.
- Тютнев А.П., Ванников A.B., Мингалеев Г. С., Саенко B.C. Электрические явления при облучении полимеров. М.: Атомиздат, 1985. -176 с.
- Каратеев В.П. Масштабные эффекты при хрупком разрушении ионных кристаллов плотными наносекундными пучками электронов: Дисс. на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. — Томск, 1990.
- Лущик Ч.Б., Витол И. К., Эланго М. А. Распад электронных возбуждений на радиационные дефекты в ионных кристаллах // УФН. -1977. Т. 122. — Вып. 2. — С. 233−251.
- Клингер М.И., Лущик Ч. Б., Машовец Т. В., Холодарь Б. А., Шейнк-ман Н.К., Эланго М. А. Создание дефектов в твердых телах при распаде электронных возбуждений // УФН. 1985. — Т. 147. — Вып. 3. -С. 523−558.
- Алукер Э.Д., Гаврилов В. В., Дейч Р. Г., Чернов С. А. Быстропротекаю-щих радиационно-стимулированные процессы в щелочно-галоидных кристаллах. Рига: Зинатне, 1987. — 183 с.
- Вайсбурд Д.И. Свойства ионных кристаллов при высоких плотностях ионизации. Дисс. на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. Томск, 1983. — 278 с.
- Губанов А.И. К теории эффекта сильного поля в полупроводниках // ЖТФ. 1954. — Т. 24. — Вып. 2. — С. 308−319.
- Dhariwalt S.R., Landsberg P.T. A theoretical study of field-enhanced emission (Pool-Frenkel effect) //J. Phys. Chem. Solids. 1989. — V. 50. — № 4. — P. 363−368.
- Бонч-Бруевич В.JI., Калашников С. Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1977. — 672 с.
- Бутков В.В., Вайсбурд Д. И. Температурная зависимость подвижности высокоэнергетических электронов зоны проводимости в ионных кристаллах // Докл. АН СССР. Т. 293, № 3. — С. 598−602.
- Vaisburd D., Tverdokhlebov S., Tukhfatulin Т. High-power critical electron emission from dielectric induced by injection of high-current-density electron beam // Proc. 11-th Intern. Pulsed Power Conf. Baltimore. Maryland. USA. 1997. — P. 543−548.
- Андерсон Д., Танненхилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М.: Мир, 1990. — Т. 1. — 384 с. (перевод с английского).
- Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. — 656 с.
- Тухфатуллин T.A., Евдокимов K.E. Модель критической (взрывной) электронной эмиссии диэлектриков // 10-я международная конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов РФХ-9. Тезисы докладов. Томск. 1999. — С. 317−318.
- Твердохлебов С.И., Тухфатуллин Т. А. Критическая электронная эмиссия из диэлектриков, индуцированная инжекцией плотного пучка электронов // Известия ТПУ. 2000. — Т. 303. — Вып. 3. — С. 32−50.
- Парселл Э. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1971. — 448 с. (перевод с английского).120
- Poole R.T., Jenkin J.G., Liesegang J. and Leckey R.C.G. Electronic band structure of the alkali halides. I. Experimental parameters // Physical Review B. 1975. — V. 11, — № 12. — P. 5179−5189.
- Самарский А.А. Введение в численные методы. М.: Наука, 1987. -288 с.
- Говорков В.А. Электрические и магнтиные поля. М.: Энергия, 1969. 488 с.