Автоэмиссионные катоды (холодные эмиттеры) - это источники электронов, принцип работы которых основан на явлении автоэлектронной эмиссии, то есть на туннелировании электронов под действием приложенного электрического поля через потенциальный барьер на границе раздела "твердое тело-вакуум". Вероятность такого туннелирования определяется высотой потенциального барьера (работой выхода) и величиной приложенного электрического поля. Работа выхода определяется фундаментальными свойствами материала и для большинства материалов составляет 4-5 электронвольт, при этом для получения достаточно больших для практических целей токов эмиссии требуются напряженности электрического поля ~10⁷ В/см.

Для получения высоких напряженностей электрического поля, как правило, используют микроострия с их существенными недостатками: (1) технологическими трудностями производства и (2) недостаточной стабильностью микроострий при эксплуатации (острия из традиционных металлов или кремния распыляются и химически деградируют даже в условиях высокого вакуума, что приводит к снижению их эмиссионных свойств).

Альтернативный подход - использование тонких пленок на основе углерода (среди них наилучшие результаты получены для алмазоподобных пленок и пленок из углеродных нанотрубок) - уже привел к снижению требуемой напряженности электрического поля до ~10⁵ В/см (10 В/мкм).

Группе физиков из НИИЯФ МГУ (А.Т.Рахимов, Н.В.Суетин, Б.В.Селезнев, М.А.Тимофеев, В.А.Самородов, Н.Н.Дзбановский, А.А.Пилевский, А.А.Бляблин), используя метод плазменного газофазного осаждения, удалось получить новый материал на основе углерода, обладающий уникально высокими эмиссионными свойствами. Созданные ими эмиттеры обеспечивают эмиссионные токи с больших поверхностей со средним значением плотности тока до 2.5 А/см². Такие токи недостижимы даже для большинства существующих термокатодов. Разработанная технология обеспечивает не только осаждение однородных пленок на поверхность подложек, но и их селективное осаждение на заранее выделенные области подложки. Это обстоятельство открывает реальную возможность формирования эмиссионного источника с произвольно управляемой геометрией.

Необходимо также отметить, что созданный московскими учеными углеродсодержащий материал - механически и химически стабилен и сохраняет автоэмиссионные характеристики в течение длительного рабочего времени. Стабильность автоэмиссионных характеристик университетских автокатодов исследовалась в ряде зарубежных лабораторий (Oxford Instruments, Sarnoff Labs и др.), установивших, что они стабильно работают в течение 5000 часов.

Спектр применения автоэмиттеров чрезвычайно широк: от приборов вакуумной электроники до ярких источников света различного назначения. Но, пожалуй, самая перспективная область - плоские автоэмиссионные дисплеи для мониторов и телевизоров, не уступающие электронно-лучевым дисплеям по разрешению и яркости.

УФН, 2000, 170 (9)