Оценка качества термоэлектронных катодов сверхвысокочастотных электровакуумных приборов с использованием характеристик низкочастотного шума

摘要

Предложено оценивать качество эмитирующей поверхности термокатодов в электровакуумных СВЧ-приборах по уровню и форме спектральных характеристик низкочастотных шумов. За основу приняты представления о механизме возникновения шумов за счет миграционного потока активирующих атомов по поверхности слабоэмитирующих эмиссионных дефектов. Шумы появляются вследствие флуктуаций работы выхода из-за случайного изменения числа активирующих атомов на поверхности дефекта. Эмитирующая поверхность катода содержит как эмиссионные центры с малой работой выхода, с которых преимущественно отбирается ток при значительном демпфировании шума пространственным зарядом, так и слабоэмитирующие участки с повышенной работой выхода, находящиеся в режиме насыщения при отсутствии пространственного заряда, вносящие преимущественный вклад в шумы и выполняющие роль эмиссионных дефектов. Разработана методика предварительной обработки измеренных спектральных характеристик шума, включающая сглаживание и усреднение с помощью алгоритмов медианной фильтрации и интерполяции кубическим сплайном, и последующую декомпозицию на отдельные компоненты с использованием предварительно смоделированных базовых компонент для дефектов различных размеров. Методика декомпозиции реализована в виде компьютерной программы на основе синтеза спектральных характеристик путем сложения в различных сочетаниях базовых компонент. Для группы однотипных металлопористых термокатодов на базе губки (W-Re), пропитанной соединениями Ва и покрытой тонкой пленкой Os, установлено количественное содержание дефектов в зависимости от их размеров - образы катодов. Найденные значения площади дефектов возрастают по мере увеличения времени наработки и пропорциональны квадрату отбираемых с катодов токов. Показано, что большей площади дефектов, полученной по спектральным характеристикам шума до начала испытаний на длительную наработку, соответствует большая деградация эмиссионных параметров катодов после испытаний. Таким образом, измерение низкочастотных шумов и обработка результатов после расширенного экспериментального подтверждения на больших партиях катодов может рассматриваться как инструмент для прогнозирования и оценки надежности ЭВП.