ISSN 0021-3454 (печатная версия)
ISSN 2500-0381 (онлайн версия)
Меню

8
Содержание
том 60 / АВГУСТ, 2017
СТАТЬЯ

DOI 10.17586/0021-3454-2017-60-5-474-481

УДК 621.373.826: 621.389

ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА СТЕКЛОУГЛЕРОДА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ЭМИТИРУЮЩИХ СТРУКТУР

Попов И. А.
Саратовский государственный технический университет, кафедра теоретической механики; аспирант


Соколова Т. Н.
Саратовский государственный технический университет, кафедра электронного машиностроения и сварки;


Сурменко Е. Л.
Саратовский государственный технический университет, кафедра электронного машиностроения и сварки; доцент


Чеботаревский Ю. В.
Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина, кафедра прикладной математики и системного анализа; профессор


Бессонов Д. А.
СГТУ, кафедра приборостроения; аспирант


Шестеркин В. И.
НПП „Алмаз“; вед. научный сотрудник


Аннотация. Описаны специальные приемы и алгоритмы для технологических процессов лазерного формирования эмитирующих структур на поверхности стеклоуглерода марки СУ-2000. Рассмотрены структуры с полукруглой формой вершин в виде столбцов и структуры в виде отдельных острых выступов с высоким аспектным отношением. Формирование выступов на пластине осуществлялось в несколько этапов, на каждом из которых использовалась отдельная программа обхода лазерным лучом обрабатываемой поверхности и разные параметры обработки. Для создания выступов в виде столбцов осуществлялось многослойное последовательное лазерное фрезерование поверхности пластины: на первом этапе формировался усеченный конус с плоской вершиной, на втором — создавалось закругление, на третьем — производилось микроструктурирование поверхности сферических выступов. Формирование выступов игольчатого типа также осуществлялось в три этапа: на первом — грубая фрезеровка цилиндра острия, на втором — тонкая обработка с фрезеровкой игольчатого выступа, на третьем — лазерная очистка его поверхности. В результате получены матрицы микровыступов с плотностью упаковки 2105 см–2 на сферических вершинах миникатодов и выступы игольчатого типа с аспектным отношением около 500.
Ключевые слова: лазерное фрезерование, очистка, стеклоуглерод, автоэмиссионный катод, острия, столбчатая и игольчатая форма, эмиссия

Список литературы:
  1. Егоров Н. В., Шешин Е. П. Автоэлектронная эмиссия. Принципы и приборы. Долгопрудный: Изд. дом „Интеллект”, 2011. 704 с.
  2. Velásquez-García L. F., Akinwande A. I. Fabrication of large arrays of high-aspect-ratio single-crystal silicon columns with isolated vertically aligned multi-walled carbon nanotube tips // Nanotechnology. 2008. Vol. 19, N 40. 405305. DOI:http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/19/40/405305.
  3. Górecka-Drzazga A., Cichy B. J., Szczepańska P., Walczak R., Dziuban J. A. Field-emission light sources for lab-ona-chip microdevices // Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences. 2012. Vol. 60, N 1. P. 13—17. DOI: 10.2478/v10175-012-0003-z.
  4. Lewellen J. W., Noonan J. Field-emission cathode gating for rf electron guns // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2005. Vol. 8, iss. 3. 033502-1-9. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevSTAB.8.033502.
  5. Бушуев Н. А., Глухова O. E., Григорьев Ю. А. и др. Исследование эмиссионных характеристик многолучевой электронной пушки с автоэмиссионным катодом из стеклоуглерода // ЖТФ. 2016. Т. 86, вып. 2. С. 134—139.
  6. Lawrowski R. D., Prommesberger C., Langer C., Dams F., Schreiner R. Improvement of homogeneity and aspect ratio of silicon tips for field emission by reactive-ion etching // Advances in Materials Science and Engineering. 2014. Vol. 2014, Art. ID 948708. DOI:10.1155/2014/948708.
  7. Пат. 1738013 РФ, МКИ Н01j1/30. Способ формирования топологии преимущественно многоострийного автокатода / Ю. А. Григорьев, С. В. Васильковский, В. И. Шестеркин, З. А. Ярцева. Опубл. 06.04.93.
  8. Zhao Q. Z., Ciobanu F., Wang L. J. Self-organized regular arrays of carbon nanocones induced by ultrashort laser pulses and their field emission properties // J. Appl. Phys. 2009. Vol. 105, iss. 8, 083103. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.3097391
  9. Kuhnke M., Lippert Th., Ortelli E., Scherer G. G., Wokaun A. Microstructuring of glassy carbon: comparison of laser machining and reactive ion etching // Thin Solid Films. 2004. Vol. 453—454. P. 36—41. DOI: 10.1016/j.tsf.2003.11.156.
  10. Чесноков Д. В., Чесноков В. В. Лазерное формирование наноразмерных структур // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 6. С. 69—74.
  11. Абрамов Д. В., Аракелян С. М., Кучерик А. О., Кутровская С. В., Прокошев В. Г. Пространственные структуры, образующиеся на поверхности углеродных материалов в процессе затвердевания расплава, созданного под действием лазерного импульсно- периодического излучения // Квантовая электроника. 2007. Т. 37, № 11. С. 1051—1054.
  12. Чесноков В. В., Чесноков Д. В., Кочкарев Д. В. Исследование лазерно-индуцированных процессов формирования микростолбиковых структур на поверхности кремниевой пластины // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013: IX Междунар. науч. конгресс. Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. С. 130—142.
  13. Вейко В. П., Дышловенко С. С., Скворцов А. М. Лазерное микроструктурирование поверхности кремния // Диагностика и функциональный контроль качества оптических материалов: Науч.-техн. сб. СПб: СПбГУ ИТМО, 2004. Ч. 2. С. 138—153.
  14. Бессонов Д. А., Конюшин А. В., Попов И. А., Соколова Т. Н., Сурменко Е. Л. Улучшение характеристик автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода методом прогрессивного лазерного структурирования // Прикладная фотоника. 2014. Т. 1. С. 112—119.
  15. Sokolova T. N., Surmenko E. L., Chebotarevsky Yu. V. et al. Ultrafast laser processing of glass-phase materials — mathematical simulation // Proc. of SPIE. 2013. Vol. 9065. 90650O. DOI: 10.1117/12.2053522.
  16. Соколова Т. Н., Сурменко Е. Л., Попов И. А., Чеботаревский Ю. В. Численное моделирование напряжений, генерируемых при воздействии лазерных ультракоротких импульсов на стеклоуглеродные материалы // Изв. вузов. Приборостроение. 2014. Т. 57, № 6. С. 47—53.
  17. Шешин Е. П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов. М.: МФТИ, 2001. 287 с.
  18. Smith R. С., Carey J. D., Forrest R. D., Silva S. R. P. Effect of aspect ratio and anode location on the field emission properties of a single tip based emitter // J. of Vacuum Science Technology. B. 2005. Vol. 23, iss. 2. P. 632—635. DOI:http://dx.doi.org/10.1116/1.1880072.
  19. Шестеркин В. И., Соколова Т. Н., Бессонов Д. А. и др. Улучшение свойств автоэмиссионных ячеек из стеклоуглерода при формировании острий с высоким аспектным отношением методом лазерного фрезерования // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61, № 9. С. 896—904.
  20. Bessonov D. A., Sokolova T. N., Surmenko E. L. et al. Laser formation of tip emitting structures with high aspect ratio on glass-carbon field-emission cathodes // J. of Physics Conf. Series. 2016. Vol. 741(1). 012166. DOI: 10.1088/1742-6596/741/1/012166.