Изучение влияния температурного и лазерного отжига на эмиссионные свойства сплава Pd-Ba | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 15 октября, печатный экземпляр отправим 19 октября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Тошпулатов, И. Ш. Изучение влияния температурного и лазерного отжига на эмиссионные свойства сплава Pd-Ba / И. Ш. Тошпулатов, А. К. Ташатов, Х. А. Худойбердиев, З. Н. Юлдошев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 20 (258). — С. 9-11. — URL: https://moluch.ru/archive/258/59259/ (дата обращения: 07.10.2022).



Сравнительный анализ показал, что в условиях высокого вакуума лазерная активировка приводит к значительно большему увеличению σm, чем в случае температурной активировки. Это объясняется интенсивным удалением примесных атомов О, С, S под действием лазерных лучей.

Ключевые слова: пленки, эпитакция, спектроскопия, лазерное облучение.

Настоящее время в электровакуумных приборах СВЧ, в частности импульсных магнетронах до сих пор успешно используются сплавные катоды типа Pd-Ba. Однако с переходом к наноразмерным слоям существенно увеличивались требования к размерам и микроструктуры поверхности, однородности состава, электрическим параметрам и сроку службы этих катодов [1,2]. Катод Pd-Ba представляет собой двухфазный сплав с массовой долей бария 0,5...2 %, причем одна фаза — интерметаллическое соединение Pd2Ba или Pd5Ba, вторая — тугоплавкий металл [1,3].

В связи с этим эти катоды изготавливаются в виде цилиндра и внутри цилиндра размещается специальный узел нагрева. Для увеличения эмиссионной способности катода можно использовать метод низкоэнергетической ионной имплантации [4–6]. Основным преимуществом ионной имплантации является то, что этот метод можно использовать для катодов, вышедших из строя после длительной эксплуатации. Однако, и в этом случае после эксплуатации в течение 200–300 часов необходимо будет проводит активировку при Т = 700–800 К. Как проведение высокотемпературного прогрева, так и ионной бомбардировки катодов связаны с очень многими трудностями (громоздкость установки, большое потребление электроэнергии, необходимость герметизации узла нагрева и др.) и неконтролируемыми эффектами. Поэтому очень важно изыскать другие методов активировки, например, лазерной обработки.

Данная работа посвящена сравнительному анализу эмиссионных свойств сплавов Pd-Ba (Ba — 1,5 ат. %), активированных температурным прогревом и лазерной обработкой.

На рис.1 представлена динамика изменения максимального значения коэффициента ВЭЭ σm и значении работы выхода еφ сплава Pd-Ba при активировке температурным прогревом и лазерным облучением. Анализ результатов ОЭС, снятых после каждого цикла обработки, снимались оже-спектры, которые показали, что как в процессе термической, так и лазерной обработки наряду с очисткой поверхности от загрязнений происходит диффузия атомов Ba к поверхности, вследствие чего изменяется состав и, соответственно, эмиссионные свойства поверхности Pd-Ba. Из рисунка 1 видно, что в случае прогрева при относительно низких температурах (Т ≤ 600 К), когда на поверхности Pd-Ba содержится значительное количество примесных атомов, а диффузия Ва к поверхности еще мала, вторично-эмиссионные характеристики поверхности меняются незначительно. Высокотемпературный прогрев (Т ≥ 1000 К) приводит к резкому снижению концентрации примесных атомов и увеличению в поверхностных слоях относительной концентрации атомов Ва, что способствует существенному увеличению σm и уменьшению eφ.

1_ПАЛЛАДИЙ

Рис. 1. Зависимости значении σm, eφ от температуры прогрева (1,2) и плотности энергии лазерного облучения (3) для сплава Pd-Ba: 1,3 — σm, 2 — eφ

Наибольшее изменение параметров имеет место в интервале температур Т 1050–1150 К. При этом интенсивность оже-пиков, характерных примесных атомов уменьшаются до минимума (см. табл. 1). Начиная с Т = 1200 К наблюдается интенсивная десорбция бария с поверхности.

В случае лазерного облучения увеличение σm и уменьшение eφ начинается с плотности энергии W ≈ 0,8–1,0 Дж∙см-2 и при W ≈ 2,0–2,2 Дж∙см-2 достигает своего максимального значения и составляет ~3,5, что значительно больше, чем температурном прогреве. При лазерной активировке оптимальным являлся плотность энергии W ≈ 2 Дж∙см-2. Результаты сравнены с данными, полученными другими видами активировки (табл. 1).

Таблица 1

Влияние условий активировки на эмиссионные свойства PdBa

Условия активировки

W, Дж∙см-2

Топт, К

Концентрация атомов ват.%

m

e, эВ

Ba

Pd

O

C

S

В высоком вакууме

1100

41

46

10

2

1

2,5

2,5

В атмосфере N2

1000

42

49

8

1

2,9

2,2

В атмосфере H2

1000

45

51

4

3,6

2,2

В высоком вакууме

2

44

51

4

3,5

2,2

При активировке в высоком вакууме концентрация Ва на поверхности увеличивается до 40–42 ат. %, а концентрация примесных атомов O, C, S составляет 10, 2, 1 ат. % соответственно. При активировке в атмосфере N2 и H2 поверхностная концентрация Ва составляет 42–45 ат. %, а концентрации O, C, S — уменьшаются. Это приводит к существенному увеличению m. Активировка сплава Pd-Ba в среде <Н2> приводит к более интенсивному удалению примесных атомов при низких температурах, чем прогрев в высоком вакууме. Лазерная активировка позволяет интенсивно удалить атомы примесных элементов и увеличить m до 3,5 без напуска водорода (табл. 1).

Известно, что в процессе эксплуатации катодов эмиссионные параметры могут меняться из-за адсорбции атомов остаточных газов на поверхности, длительного прогрева и бомбардировки ее заряженными частицами (электронами, ионами, остаточного газа). Простая выдержка Pd-Ba, активированного лазерным облучением, в вакууме ~ 10–5 Па в течение 5–6 часов приводила к уменьшению m до ~2,7 и появлению на поверхности атомов углерода до ~ 1–1,5 ат. % и увеличению концентрации кислорода до 7–8 ат. %. Затем в течение 100 и более часов состояние поверхности практически не изменилось. В случае длительного прогрева этого же образца Pd-Ba при Т ≈ 700–750 К значения m и e заметно не изменялись в течение 500–550 часов.

Дальнейшее увеличение времени прогрева приводило к монотонному уменьшению и при t ≥ 600 часов значение σm стабилизировалось на уровне 1,9–2.

Повторная лазерная активировка этого же катода при Т ≈ 1050 К не приводила к заметному увеличению σm. Для выяснения причины ухудшения эмиссионной эффективности авторами снимались РЭМ-изображения поверхности Pd-Ba, подвергнутой прогревом в течение ~ 600 часов.

1.jpg

Рис. 2. РЭМ-картина поверхности Pd-Ba, снятая после эксплуатации в течение более 500 ч

Из рис. 2 видно, что на гладкой поверхности Pd-Ba имеются отдельные дефектные участки с диаметрами 10–15 мкм. Дальнейшие исследования показали, что глубина этих участков достигает до 20–30 мкм. По-видимому, износ катодов на основе Pd-Ba обусловлен появлением на его поверхности дефектных участков в виде пузырьков. Результаты ОЭС показали, что в этих участках содержатся значительное количество атомов С (~11 ат. %), S (2,5 ат. %), О (13 ат. %). Увеличение концентрации примесных атомов в дефектных участках может быть обусловлено диффузией О, C и S из «объема» Pd-Ba.

Литература:

  1. Дюбуа Б. Ч., Королёв А. Н. Современные эффективные катоды // Электронная техника. Сер.1. СВЧ-техника. Вып.1(508). 2011. с. 5–24.
  2. Дюбуа Б. Ч., Култашев О. К., Поливникова О. В. Эмиссионная электроника, нанотехнология, синергетика (к истории идей в катодной технологии) // Электронная техника, Сер.1. СВЧ-Техника, Вып. 4 (497). 2008. с. 3–21.
  3. Дмитриева В. Н., Есаулов Н. П., Журавлев Н. Н., Рождественский В. М. Исследование фазового состава сплавов платина-барий и палладий-барий // Благородные металлы и их применение: сб. Свердловск. 1971. Вып.28. с. 58.
  4. Умирзаков Б. Е., Мирзаев Д. А., Нормуродов М. Т. Спектроскопия вторичных и фотоэлектронов для образцов Pd и Pd-Ba, имплантированных ионами Ва+ // Поверхность. Физика, химия, механика. 1991. — Вып.9. — с.25–32.
  5. Умирзаков Б.Е, Донаев С. Б. Модификация поверхности Pd и Pd-Ba ионной бомбардировкой // Электронная техника, сер. 1, СВЧ-техника. 2014. вып. 2 (521), с.65–72.
  6. Умирзаков Б. Е., Ташмухамедова Д. А. Электронная спектроскопия нанопленок и наноструктур, созданных ионной имплантацией. — Ташкент: ТашГТУ, 2004. — 147 с.
Основные термины (генерируются автоматически): высокий вакуум, лазерное облучение, лазерная обработка, плотность энергии, температурный прогрев, атом, длительный прогрев, интенсивное удаление, сравнительный анализ, существенное увеличение.


Ключевые слова

спектроскопия, пленки, эпитакция, лазерное облучение

Похожие статьи

Современное состояние проблемы использование...

вынужденное излучение, лазерное излучение, лазерный эффект, полупроводниковая технология, обработка материалов, рубиновый лазер, лазерное воздействие, активная среда, высокий КПД, основное состояние. К вопросу о биологических эффектах электромагнитного...

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

Определено, что лазерный импульс вызывает десорбцию поверхностных атомов в вакуум и

После прогрева в экспериментальной установке сильно загрязненного кремния наблюдаются интенсивные

Лазерный импульс вызывает десорбцию поверхностных атомов в вакуум и...

Получение неразъемных соединений тонкостенных деталей из...

В результате, большая часть энергии лазерного излучения расходуется на проплавление

Сочетание высокого начального значения коэффициента отражения с высокой

Однако при этом из-за уменьшения выноса тепла вместе с веществом происходит быстрый прогрев окисла...

Лазерная обработка как перспективный метод повышения...

Лазерная обработка способствует улучшению многих эксплуатационных свойств облученного материала металлорежущего инструмента. Лазерное облучение позволяет в широких пределах изменять напряженно-деформированное состояние материала металлорежущего инструмента.

Исследование спектра ядер атома Ве с помощью...

При этом увеличение плотности мощности излучения лазера приводит не только к росту

Характерно то, что формирование потока ядер Ве с помощью излучения лазера с высокой

Энергетические спектры ядер атомов существенно отличаются по характеру и диапазону...

Проблемы лазерной прочности прозрачных полимеров и методы...

При интенсивном облучение прозрачного полимера лазерным импульсом, в ряде работ [3] есть данные, в которых говорится, о том, что внутри трещин в полимере находится газ. Он был образован при лазерном разрушении полимера и имеет различный состав (перечисление).

Экспериментальное изучение использования высокоинтенсивного...

Лазерное излучение является высоко когерентным, монохроматическим, обладает малой расходимостью при выходе из резонатора и имеет

Доставка энергии от лазерного аппарата к объекту осуществлялась посредством кварцевого моноволоконного всетовода, покрытого...

Экспериментальные и теоретические исследования влияния...

Видно, что прогрев ионно-легированного образца до температуры Т=650 К приводит лишь к изменению формы спектра, а положения пиков не меняются. Кроме того, после прогрева образца при указанной температуре несколько увеличивается амплитуда пика при энергии 6...

Рентгеновские спектры многозарядных ионов...

Настоящая работа посвящается анализу результатов исследований рентгеновских спектров многозарядных ионов в высокотемпературной плазме.

Рентгеновские спектры многозарядных ионов в высокотемпературной лазерной плазме.

Влияние лазерного излучения на рост семян редиса (raphanus...)

Биологическое (терапевтическое) действие низкоинтенсивного лазерного излучения

Воздействие лазерного облучения представляет собой положительный фактор с точки

Таким образом, анализ ростовых процессов растений ячменя показал, что радиационная обработка...

Похожие статьи

Современное состояние проблемы использование...

вынужденное излучение, лазерное излучение, лазерный эффект, полупроводниковая технология, обработка материалов, рубиновый лазер, лазерное воздействие, активная среда, высокий КПД, основное состояние. К вопросу о биологических эффектах электромагнитного...

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

Определено, что лазерный импульс вызывает десорбцию поверхностных атомов в вакуум и

После прогрева в экспериментальной установке сильно загрязненного кремния наблюдаются интенсивные

Лазерный импульс вызывает десорбцию поверхностных атомов в вакуум и...

Получение неразъемных соединений тонкостенных деталей из...

В результате, большая часть энергии лазерного излучения расходуется на проплавление

Сочетание высокого начального значения коэффициента отражения с высокой

Однако при этом из-за уменьшения выноса тепла вместе с веществом происходит быстрый прогрев окисла...

Лазерная обработка как перспективный метод повышения...

Лазерная обработка способствует улучшению многих эксплуатационных свойств облученного материала металлорежущего инструмента. Лазерное облучение позволяет в широких пределах изменять напряженно-деформированное состояние материала металлорежущего инструмента.

Исследование спектра ядер атома Ве с помощью...

При этом увеличение плотности мощности излучения лазера приводит не только к росту

Характерно то, что формирование потока ядер Ве с помощью излучения лазера с высокой

Энергетические спектры ядер атомов существенно отличаются по характеру и диапазону...

Проблемы лазерной прочности прозрачных полимеров и методы...

При интенсивном облучение прозрачного полимера лазерным импульсом, в ряде работ [3] есть данные, в которых говорится, о том, что внутри трещин в полимере находится газ. Он был образован при лазерном разрушении полимера и имеет различный состав (перечисление).

Экспериментальное изучение использования высокоинтенсивного...

Лазерное излучение является высоко когерентным, монохроматическим, обладает малой расходимостью при выходе из резонатора и имеет

Доставка энергии от лазерного аппарата к объекту осуществлялась посредством кварцевого моноволоконного всетовода, покрытого...

Экспериментальные и теоретические исследования влияния...

Видно, что прогрев ионно-легированного образца до температуры Т=650 К приводит лишь к изменению формы спектра, а положения пиков не меняются. Кроме того, после прогрева образца при указанной температуре несколько увеличивается амплитуда пика при энергии 6...

Рентгеновские спектры многозарядных ионов...

Настоящая работа посвящается анализу результатов исследований рентгеновских спектров многозарядных ионов в высокотемпературной плазме.

Рентгеновские спектры многозарядных ионов в высокотемпературной лазерной плазме.

Влияние лазерного излучения на рост семян редиса (raphanus...)

Биологическое (терапевтическое) действие низкоинтенсивного лазерного излучения

Воздействие лазерного облучения представляет собой положительный фактор с точки

Таким образом, анализ ростовых процессов растений ячменя показал, что радиационная обработка...

Задать вопрос