ПРОГРАММА
экзамена по дисциплине «Вакуумная и плазменная электроника»
2017 г.
Кафедра электроники, колебаний и волн
I. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.
1. Общие закономерности
Законы сохранения. Волновые свойства электрона. Движение заряженных частиц в однородных полях (общий случай, движение только в электрическом поле, движение только в магнитном поле, движение во взаимноперпендикулярных полях).
Отклонение и фокусировка заряженных частиц (фокусировка в однородном магнитном поле, фокусировка в однородном электрическом поле, отклонение в магнитном поле, отклонение в электрическом поле).
2. Электронная оптика
Электростатические электронные линзы. Общая теория фокусирующего действия аксиально-симметричного поля. Построение изображений. Теория тонких электростатических линз. Типы электростатических электронных линз (линзы-диафрагмы, бипотенциальные линзы, одиночные линзы, электростатические зеркала).
Магнитные линзы. Механизм фокусировки в магнитной линзе. Влияние экранирования.
Аберрации электронных линз.
Электронно-лучевая трубка.
3. Движение потока электронов с учетом пространственного заряда.
Особенности динамики и математического описания потока частиц с учетом пространственного заряда.
Закон степени 3/2 для тока, ограниченного пространственным зарядом.
Устройство вакуумного диода, распределение потенциала, вольтамперная характеристика. Получение прямолинейных пучков, пушки Пирса.
II Эмиссионная электроника
1. Введение.
Природа потенциального барьера на границе металл – вакуум. Работа выхода.
Контактная разность потенциалов.
2. Термоэлектронная эмиссия.
Плотность термоэмиссионного тока. Формула Ричардсона-Дешмана. Распределение скоростей и энергий термоэлектронов.
3. Фотоэлектронная эмиссия
Законы Эйнштейна и Столетова. Спектральные фотохарактеристики элементов. Влияние поляризации света. Теория фотоэмиссии металлов. Формула Фаулера. Фотоэмиссия диэлектриков и полупроводников.
4. Автоэлектронная эмиссия
Влияние внешнего ускоряющего электрического поля на потенциальный барьер. Теория эффекта Шоттки.
Переход электронов сквозь потенциальный барьер как границу раздела двух сред. Прозрачность барьера. Формула Фаулера-Нордгейма. Автоэмиссионные катоды (катоды Спиндта, катоды с плоской геометрией). Туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп. Другие примеры применения автоэлектронной эмиссии.
5. Взрывная эмиссия.
Качественное рассмотрение взрывной эмиссии. Физические процессы, протекающие при взрывной эмиссии.
6. Вторичная электронная эмиссия.
Качественное рассмотрение вторичной эмиссии. Распределение электронов по энергиям. Теория вторичной эмиссии. Расчет коэффициента вторичной эмиссии. Формула Виддингтона.
III. Электрический ток в газах.
Качественное описание разрядной ВАХ. Процессы ионизации и рекомбинации в газе, условие передачи энергии при столкновении частиц. Направленное движение электронов и ионов в газе. Дрейфовое движение. Диффузионное движение. Амбиполярная диффузия. Полная система уравнений, описывающая процессы в газовом разряде.
Переход от несамостоятельного разряда к самостоятельному, кривые Пашена.
Тлеющий разряд. Структура тлеющего разряда в трубке и пространственные распределения его характеристик.
Дуговой разряд. Качественное описание дугового разряда. Распределение потенциала. Применение дугового разряда. Несамостоятельный дуговой разряд. Газотрон и тиратрон.
Искровой разряд. Качественное описание формирования искрового разряда. Молния. Применение искрового разряда.
Коронный разряд. Качественное описание и характерные особенности коронного разряда. Применение коронного разряда.
Плазма. Общая характеристика плазмы. Высокотемпературная и низкотемпературная плазма. Квазинейтральность. Радиус Дебая. Плазма как смесь трех различных газов. Колебания и волны в плазме. Плазма как идеальный газ.
Основные характеристики плазмы и экспериментальные методы их определения. Зондовый метод Ленгмюра. Спектральные методы. СВЧ методы.
Литература
изическая электроника. М.: Наука, 1978 , Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. М.: Физматлит., 1972. , Физические основы электронной техники. М.: Высшая школа 1982. , , Пособие к лабораторным работам по физической электронике. СГУ, 1987. Электроника. Ч.1. М.: Физматлит, 1960. Физика электронных приборов. 1989. , , Лекции по СВЧ вакуумной микроэлектронике. Саратов.: ГосУНЦ «Колледж», 1996. , Физическая кинетика. - М.: Физматлит, 2001. , , Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977, 384 с. Физическая электроника. Учебное пособие.
http://www. /tgpu/anisimov2/anis_01.htm
Радиофизическая электроника. П/р М.: МГУ, 1960. Основы современной физики газового разряда. М.: Наука, 1980. Вакуумная электроника. Физико-технические основы. СПб. – М. – Краснодар: Лань. 2004 Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи. 8-е изд., стер. - СПб. ; М.; Краснодар : Лань, 2010