Tematika naših raziskav uporabnosti hladne emisije
Tematika naših raziskav, ki se navezuje na potencialno uporabnost hladne emisije na dveh področjih, sta navedeni ločeno:
- Študij lastnosti nanoemitorjev kot točkastih virov elektronov
- Takšen vir je potencialno zanimiv za uporabo v elektronskem mikroskopu, elektronskem risalniku z ločljivostjo na skali nanometrov, v analitskih instrumentih itd. V zadnjih letih smo v Vakuumskem laboratoriju za preučevanje točkastih nanoemitorjev klasični FEM izpopolnili tako, da lahko poleg toka in kotne porazdelitve elektronov, brez fizičnega dotika enostavno določimo tudi razdaljo med emitorjem in anodo. To nam omogoča dodatna elektroda, fina ravna mrežica, ki elektrone na majhni razdalji delno prestreže, del pa prepusti na zaslon. Na njem ti sicer zarišejo senco mrežice, a tudi vzorec, ki razkriva, iz kakšne atomske okolice izhajajo. Naš triodni princip omogoča doseči hladno emisijo z dokaj nizko napetostjo na mrežici in kasnejšim pospeševanjem na visoko napetost zaslona, s čimer povečamo občutljivost. Nadaljnja prednost, ki jo daje triodni princip, je določitev smeri in kotov izhajanja elektronov iz atomsko ostrih konic, ki niso postavljene pravokotno na anodo. Sicer najpogosteje uporabljen diodni princip nam vse elektrone, ki izhajajo iz emitorja, predstavi v 2D-vzorcu, zato se lahko slike z različnih mest emitorja prekrivajo, česar pa ne moremo ugotoviti.
- Študij ploskovnih hladnih virov elektronov
- Taki viri so zanimivi za mikrovalovne elektronke, rentgenske elektronke, ploščate prikazalnike slike itd. Iz skupine najobetavnejših ploščatih hladnih katod zadnji dve leti preučujemo ravne kovinske katode z ogljikovimi nanocevkami oz. diamantnim prekritjem debeline nekaj deset nanometrov. Za svoje raziskave smo razvili in prilagodili tri komplementarne metode:
- metodo meritve toka s pulznim vzbujanjem v diodni vezavi, ki omogoča vzbujanje pri občutno večji poljski jakosti kot v enosmernem načinu, saj se izognemo segrevanju in prebojem;
- metodo s projekcijo elektronov skozi fino kovinsko mrežico v triodni vezavi, ki že omogoča opazovanje zanimivih detajlov emisijskih vzorcev, a ne dopušča karakterizacije posameznega emitorja. Mrežica sicer prestreže del elektronov, a vzorec iz posameznega emitorja je zaradi povečane razdalje do zaslona dodantno povečan;
Shema meritve in opazovanja ploščatih hladnih katod premera 20 mm. Pri velikem številu emitorjev se vzorci prekrivajo.
Emisijski vzorci na zaslonu pri jakosti polja pribl. 1 kV/mm. Zanimiv in le delno pojasnjen je nastanek pravilnih krogov, ki izhajajo z vrha enostenskih ogljikovih nanocevk . vrstični poljski projekcijski mikroskop, (SPFEM) ki omogoča opazovati in izmeriti tokovno in kotno karakteristiko posamičnega emitorja na razsežni površini ravne hladne katode. Bistvo delovanja je natančno vodenje zaslonke premera 40 µm tik nad površino katode, pri čemer mora biti tlak v sistemu v območju ultravisokega vakuuma, v našem mikroskopu je to ~10-10 mbar. Doslej znane metode preučevanja razsežnih hladnih katod temeljijo na merjenju toka elektronov na mikrosondo, kar pa ne daje možnosti opazovanja kotne porazdelitve emitiranega toka. Cilj današnjih raziskav je razumeti sam pojav emisije pri razmeroma nizki poljski jakosti. Fizikalni mehanizem delovanja katod, ki ima na površini raščene ali nanesene nanocevke ali pa celo nima ostrih detajlov, ki ojačijo električno polje, je v mnogih detajlih še nepojasnjen.
SPFEM, shema delovanja
Merilno mesto za delo s SPFEM
- Cilj današnjih raziskav je razumeti sam pojav hladne emisije pri razmeroma nizki poljski jakosti. Fizikalni mehanizem delovanja katod, ki ima na površini raščene ali nanesene nanocevke ali pa celo nima ostrih detajlov, ki ojačijo električno polje, je v mnogih detajlih še nepojasnjen.