Научные открытия России
Государственный реестр открытий СССР
 


МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
Научные открытия в области микроэлектроники.



Научное открытие "Электронная эмиссия"

Формула открытия: "Установлено ранее неизвестное явление, заключающееся в том, что при прохождении электрического тока через тонкие металлические пленки с островной структурой толщиной в несколько десятков (от 40 до 80 для золота) ангстрем возникает эмиссионный ток, обусловленный тем, что часть электронов, осуществляющих перенос заряда между металлическими островками в пленке, имеет компоненту скорости, нормальную к поверхности пленки".
Авторы: П. Г. Борзяк, О. Г. Сарбей, Р. Д. Федорович.
Номер и дата приоритета: № 31 от 26 июня 1963 г.


Описание открытия.
В связи с требованиями миниатюризации и надежности электронных устройств огромное значение для современной электронной техники приобретают твердотельные пленки. В последние годы широко исследуются их электрические, в том числе сверхпроводящие, оптические, магнитные свойства. Особый интерес вызывают очень тонкие пленки, которые нельзя получить из толстых образцов путем их обработки, а можно лишь вырастить на подложках, например распространенным методом вакуумного напыления.
При постепенном напылении пленки становятся сплошными после достижения ими толщины более миллионных долей сантиметра. До этого они состоят из раздельных микроостровков и поэтому называются островковыми, или диспергированными, пленками. Такие пленки представляют для науки особый интерес. Поскольку их островки обладают чрезвычайно малыми размерами, они становятся квантовомеханическими объектами. У них проявляются свойства, отсутствующие у толстых пленок, что открывает новые возможности их применения, особенно в связи с микроминиатюризацией.

Именно в таких пленках и было обнаружено явление эмиссии электронов (речь идет о пленках золота в несколько десятков ангстрем) при пропускании через них тока. Его открыли ученые Института физики АН УССР член-корреспондент АН УССР П. Г. Борзяк, кандидат физико-математических наук О. Г. Сарбей и научный сотрудник Р. Д. Федорович, Позже были испробованы многие подложки и разные металлы для пленок. Во всех случаях явление повторялось. Оказалось, что оно свойственно всем металлическим диспергированным пленкам определенной толщины.

Последующие теоретические исследования показали, что установленное явление объясняется сильным разогревом электронов, осуществляющих проводимость в диспергированной пленке, без сильного нагрева самой пленки в электрическом поле. Такой разогрев невозможен ни в массивном металле, ни в сплошной металлической пленке, так как в них нельзя создать сильное электрическое поле. Кроме того, установлено, что в диспергированную пленку можно ввести большую по сравнению с массивным металлом удельную электрическую мощность (мощность на единицу массы вещества), за счет которой тоже идет разогрев электронов. Наиболее "горячие" из них, т. е. наиболее быстрые, и принимают участие в эмиссии.

Явление электронной эмиссии было обнаружено очень своевременно. Именно в начале 1960-х годов стала популярной идея создания ненакаливаемых, или холодных, катодов. В принципе металлические диспергированные пленки и являются такими катодами. В настоящее время получают катоды, выдерживающие испытания на протяжении 10 тыс. ч. Возможность получения микроминиатюрных катодов очень важна для микроэлектроники.
Катоды на основе диспергированных пленок оказались радиационно устойчивыми. Это открывает им путь в космическую электронику. Появилась идея создания вакуумных интегральных схем для космической электроники. В качестве элементов для таких схем предполагается использовать и катоды на основе диспергированных пленок. В Институте физики АН УССР продолжаются исследования, направленные на получение катодов с улучшенными показателями, в том числе не только из золотых пленок, но и из пленок других материалов. Найдены пленки, которые при хорошей стабильности обладают очень большой эффективностью электронной эмиссии – до 30 %.

В диспергированных металлических пленках электронной эмиссии сопутствует другое интересное и важное явление – электролюминесценция, т. е. излучение холодной пленкой света за счет потребляемой электрической энергии. Такое излучение было обнаружено в полупроводниках, но о его присутствии в металлах не было известно. Оно объясняется авторами открытия наличием в диспергированных пленках "горячих" электронов. Это подтверждается тем обстоятельством, что, запирая эмиссионный ток, т. е. увеличивая концентрацию "горячих" электронов в пленке, мы усиливаем яркость ее свечения. В Институте физики АН УССР разрабатывается теория механизма этого явления. Оно получит практическое применение в оптоэлектронике, для которой как раз нужны пленочные электролюминесцентные источники света.

В 1965 г. в журнале "Euro-nuclear", освещающем проблемы развития европейских ядерных исследований, сообщалось: "Три украинских научных работника - П. Г. Борзяк, О. Г. Сарбей, Р. Д. Федорович открыли два явления металлов, которые получат практическое применение в области микроэлектроники. Их эксперименты установили, что холодный металл может эмитировать электроны, когда через него проходит ток, и начинает люминесцировать при этих условиях. Это открытия первостепенной важности, ибо они приближают создателей электронного оборудования к осуществлению их мечты – холодному металлическому катоду, т. е. источнику электронов, который сам не нагревается и потому не производит тепла..."




Главная
КОСМОС
ЗЕМЛЯ
ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ
ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ
ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
МИРОЗДАНИЕ
Сайт создан в системе uCoz