Английские ученые создали СВЧ-диод с катодом на углеродных нанотрубок, обеспечивающим высокую плотность тока эмиссии.

Для применений полевых эмиссионных катодов на основе углеродных нанотрубок необходимо обеспечить высокую плотность тока эмиссии. Рекорд на сегодня принадлежит сотрудникам инженерного факультета Кембриджского университета (Англия). В своей недавней работе они описали микроволновый диод с катодом из углуродных нанотрубок, работающий при высокой частоте (1.5 ГГц). Благодаря малому весу, малоинерционности и отсутствию нагрева прибор перспективен в телекоммуникационных системах.

В резонатор введены линейки из вертикально ориентированных УНТ (см. рис.1). Расстояния между соседними нанотрубками в линейках примерно равны удвоенной высоте, что соответствует минимальному влиянию эффекта экранирования на плотность тока эмиссии. Каждый из 16 катодов имеет активную площадь 0.5 х 0.5 мм² и содержит около 2500 индивидуальных нанотрубок. Поскольку стенки резонатора и эмиттеры заземлены, высокочастотное электрическое поле существует только внутри резонатора, как показано на эквивалентной схеме (рис. 1с). Устройство работало при катодном токе 1 мА в течение 40 часов, не проявляя признаков деградации. При напряженности переменного электрического поля 29 МВ/м анодный ток достигал величины 3.2 мА, что соответствует плотности тока 1.3 А/см², пиковому значению тока 30 мА и пиковому значению плотности тока 12 А/см² (см. рис. 1 d).

Рис. 1. a - Поперечное сечение резонатора, используемого для генерации высокочастотного электромагнитного поля. На вертикальной шкале цвет указывает величины приложенного электрического поля (кВ/м). b - Микроизображение катода с эмиттерами из УНТ. Нанотрубки диаметром 49 нм и высотой 3.5 мкм расположены на расстоянии 10мкм друг от друга. Размер масштабной линейки 15 мкм. На вставке представлена фотография 16 катодов. с - Эквивалентная электрическая цепь (CN – линейка из углеродных нанотрубок. d - Зависимость плотности тока от напряженности высокочастотного электрического поля, полученная при частоте 1.5 ГГц. Кружком отмечена точка, соответствующая максимальному току (3.2 мА)

В современных микроволновых приборах используют термоионные источники электронов, которые работают либо при постоянных, либо низкочастотных токах. Высокочастотная модуляция электронного пучка в таких приборах производится на выходе из источника. Это обусловливает значительные габариты устройств. В новом устройстве межэлектродный промежуток в "нанотрубных" катодах составляет несколько сот микрон, благодаря чему прибор имеет небольшую электрическую емкость, и, как следствие, малую инерционность, позволяющую работать при частотах мега- и гигагерцового диапазона. Следует также отметить высокую химическую стабильность катодов, которые, в отличие от металлических, меньше подвержены термическому разрушению.

Источник информации - заметка А.Елецкого в бюллетене ПерсТ, выпуск 24 за 2005 г.