Анотація до роботи:

Бех І.І. Фізико-хімічні та емісійні властивості гетерогенних систем на основі скандію.
– Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04 – фізична електроніка.

Головна мета дисертаційної роботи полягає в проведенні експериментальних досліджень, спрямованих на з’ясування механізму емісії металевопористих емітерів (МПЕ) з додаванням скандію, і зокрема, на з’ясування ролі скандію в цьому механізмі.

В роботі розв’язані задачі дослідження взаємодії компонентів активної речовини МПЕ, використовуючи системи, що моделюють їхню робочу поверхню. Досліджено фізико-хімічні та емісійні властивості МПЕ з додаванням скандію і побудована фізична модель їхньої робочої поверхні, яка дозволяє описати особливості поведінки їхні вольт-амперних характеристик.

В роботі показано, що взаємодія компонентів активної речовини МПЕ як при кімнатній, так і при високих температурах, призводить до утворення тривимірних острівців цих компонентів. Комплексний аналіз вольт-амперних характеристик металевопористих емітерів з додаванням скандію свідчить про термоавтоелектронний характер їхньої емісії. Роль скандієвої компоненти в збільшенні емісійної здатності металевопористих емітерів полягає в створенні умов для суттєвого зростання автоемісійної складової загального анодного струму, сприяючи збільшенню кількості та зміні хімічного складу і форми емітуючих центрів – кристалітів окисів лужноземельних металів. Показано, що скандій активно впливає на емісійну здатність кремнієвих автоемітерів і залежність їхньої активності від кількості скандію на поверхні має оптимум, який характеризується і високим струмом емісії, і високою стабільністю струму в часі при постійній анодній напрузі. Підвищення емісійної здатності кремнієвих автоемітерів в присутності скандію на їхній поверхні пояснюється утворенням комплексу на основі окисів скандію та кремнію, що сприяє зниженню загальної роботи виходу зразка.

Аналіз отриманих в ході роботи експериментальних результатів дозволяє зробити наступні висновки:

1. При напорошенні барію на товстий шар кальцію і навпаки, процес адсорбції носить острівковий характер, а концентраційна залежність роботи виходу системи адсорбат-адсорбент є монотонною. Проте, при адсорбції кальцію на товстий шар барію вже на початковому етапі напорошення утворюється плівка (товщиною декілька моношарів), яка складається з суміші атомів барію та кальцію та має роботу виходу, що мало відрізняється від роботи виходу барію.

2. Адсорбція барію на окиси кальцію та скандію супроводжується утворенням тривимірних острівців, а концентраційна залежність роботи виходу системи адсорбат-адсорбент в присутності кисню є немонотонною (абсолютна зміна роботи виходу системи коливається в межах 0.5 – 1 еВ), причому мінімум роботи виходу досягається при субмоношарових покриттях барієм. Адсорбція кальцію на окис скандію також супроводжується утворенням тривимірних острівців кальцію, а концентраційна залежність роботи виходу системи є немонотонною (абсолютна зміна роботи виходу системи ~ 0.5 еВ).

3. Прогрівання складної системи W-Sc₂O₃-Ca призводить до руйнування сандвіча з Sc- та Cа-компонент на поверхні вольфраму та утворення тривимірних острівців.

4. Між рівнем емісії скандатного металевопористого емітера і присутністю скандієвої компоненти на його робочій поверхні існує тісний взаємозв’язок, який полягає в тому, що висока емісійна здатність зразків спостерігається за наявності в оже-спектрі їхньої робочої поверхні оже-ліній скандієвої компоненти.

5. Вольт-амперні характеристики скандатних металевопористих емітерів в області обмеження анодного струму просторовим зарядом не описуються законом Чайльда-Ленгмюра і їхній комплексний аналіз дозволяє говорити про термоавтоелектронний характер емісії МПЕ.

6. Роль скандієвої компоненти в збільшенні емісійної здатності МПЕ полягає в створенні умов для суттєвого зростання автоемісійної складової анодного струму шляхом сприяння збільшенню кількості та зміні форми емітуючих центрів – кристалітів окисів лужноземельних металів. При цьому хімічний склад цих кристалітів у випадку скандатного металевопористого емітера є таким, що може сприяти суттєво глибшому проникненню електричного поля в їхній об’єм, наслідком чого також є зростання автоемісійної складової анодного струму.

7. Скандій активно впливає на емісійну здатність кремнієвих автоемітерів і в залежності від його кількості на поверхні, може як збільшувати, так і зменшувати їхню активність, аналогічно до випадку скандатних МПЕ.

8. У залежності активності кремнієвих автоемітерів від кількості скандію на їхній поверхні існує оптимум, який характеризується як високим струмом емісії так і високою стабільністю струму в часі при постійній анодній напрузі.

9. Зростання струму емісії кремнієвих автоемітерів в присутності скандію пояснюється утворенням на їхній поверхні комплексу на основі окисів скандію та кремнію, що сприяє зниженню загальної роботи виходу зразка.

Отримані результати можуть бути використані при подальшому вдосконаленні металевопористих емітерів, що дозволить розширити область використання емітерів такого типу в приладах вакуумної електроніки та мікроелектроніки.

Публікації автора:

1. Бех І.І., Лушкін О.Є., Шнюков В.Ф. Особливості росту плівки алюмінію на вольфрамі (110). // Вісн. Київськ. ун-ту. Сер. фіз.-мат науки. – 1997. – Вип. 4. – С. 308 – 313.

2. Бех И.И., Лушкин А.Е., Шнюков В.Ф. Адсорбция алюминия на грани (110) вольфрама. // Тезисы докл. XXIII международной кон-ференции "Эмиссионная электроника, новые методы и технологии", Ташкент (Узбекистан). – 1997, – С. 26.

3. Бех И.И., Лушкин А.Е., Шнюков В.Ф. Свойства совместных пленок Ва и Са на W. // Тезисы докл. XXIII международной кон-ференции "Эмиссионная электроника, новые методы и технологии", Ташкент (Узбекистан). – 1997, – С. 27.

4. Бех І.І., Лушкин О.Є. Шнюков В.Ф. Свойства совместных пленок бария и кальция на вольфраме. // Известия РАН. Сер. Физическая. – 1998. – Т. 62. – № 10. – С. 2057 – 2062.

5. Barth W., Shi F., Rangelow I.W., Lushkin A., Il'chenko L., Ilchenko V., Bekh I. Field emission cathode array with self-aligned gate electrode fabricated by silicon micromachining. // J. Vac. Sci. Technol. – 2000. – B. 18 (6). – P. 3544 – 3548.

6. Бех І.І., Лушкін О.Є., Лень Ю.А. Роль домішки оксиду скандію в поліпшенні емісійних властивостей металевопористих катодів. // Вісн. Київськ. ун-ту. Сер. радіофізика та електроніка. – 2001. – Вип. 3. – С. 16 – 20.

7. Бех И.И., Ильченко В.В., Лушкин А.Е. Адсорбция бария на окиси скандия. // Тезисы докладов III международной конференции “Фундаментальные и прикладные проблемы физики”, Саранск (Россия). – 2001, – С. 39.

8. Бех И.И., Ильченко В.В., Лушкин А.Е. Механизм роста пленки алюминия на грани (110) монокристалла вольфрама. // Тезисы докладов III международной конференции “Фундаментальные и прикладные проблемы физики”, Саранск (Россия). – 2001, – С. 40.

9. Бех І.І., Ільченко В.В., Костюкевич О.М., Лушкін О.Є. Вплив скандію на емісійні властивості металевопористих катодів. // Вісн. Київськ. ун-ту. Сер. фіз.-мат. науки. – 2003. – Вип. 2.
   – С. 237 – 245.

10. Бех И.И., Ильченко В.В., Лушкин А.Е. Состав поверхности и его влияние на эмиссионные свойства скандатных металлопористых катодов. // Тезисы доклада на IV международной конференции “Фундаментальные и прикладные проблемы физики”, Саранск (Россия). – 2003,
    – С. 35.

11. Bekh I.I., Il’chenko V.V., Lushkin A.E. The influencing of the surface structure on the emission properties of the Sc-Ba dispensed cathodes. // Тези доповіді на конференції “The 5^th International Vacuum Electron Sources Conference”, Beijing (China). – 2004, – P. 197.

12. Bekh I.I., Il’chenko V.V., Lushkin A.E. The influencing of the surface structure on the emission properties of the Sc-Ba dispensed cathodes. // Proceedings of “The 5^th International Vacuum Electron Sources Conference”. – Beijing (China). – 2004. – P. 8 – 9.

13. Бех І.І., Дмитришин О.А., Ільченко В.В., Лушкін О.Є., Присяжний В.В. Особливості механізму емісії скандатних металевопористих емітерів. // Вісн. Київськ. ун-ту. Сер. фіз.-мат науки.
    – 2005. – Вип. 4. – С. 269 – 274.

14. Ракітін С.П., Панічкіна В.В., Гетьман О.І., Ільченко В.В., Лушкін О.Є., Бех І.І. Вивчення механізму емісії високострумових імпрегнованих скандатних катодів. // Зб. “Фундаментальні орієнтири науки. Хімія та наукові основи перспективних технологій.”
    – К.: “Академперіодика”. – 2005. – C. 224 – 238.

15. Bekh I.I., Il’chenko V.V., Lushkin A.E. The influence of the scandium on the emission properties of the Si-tip field emitters. // Proceedings of the “Fifth international young scientists’ conference on applied physics”. – Kiev (Ukraine). – 2005. – P. 95 – 96.

16. Бех И.И., Гетьман О.И., Лушкин А.Е., Паничкина В.В., Ракитин С.П. Химический состав поверхности скандатных катодов до и после испытаний на долговечность. // Материалы международной конференции «Современное материаловедение: достижения и проблемы». – Киев (Украина). – 2005. – С. 485 – 486.

17. Bekh I.I., Dmytryshyn O.A., Il’chenko V.V., Lushkin A.E., Prysyazhnyj V.V. Unusual behavior of I-V characteristics of the Sc-Ba dispensed cathodes. // Proceedings of the I International conference “Electronics and Applied Physics”. – Kiev (Ukraine). – 2005. – P. 74 – 75.

18. Бех І.І., Ільченко В.В., Лушкін О.Є. Вплив скандію на емісійні властивості кремнієвих автоемітерів. // “Український фізичний журнал”. – 2006. – Т. 51. – № 4. – С. 387 – 390.