Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
34
стабильности 2а5/г«е0?2/8я для разных напряжений дает результат, совпадающий с опубликованными экспериментальными данными.
На рис. 11 приведено изменение профиля анода во второй серии экспериментов. Расстояние между электродами примерно
1 мм. Слева — участок анода, воспроизведенный с увеличением примерно в 2,7 раза больше, чем правый ряд фотографии. На левых фотографиях отчетливо виден рост острого выступа и его отрыв (при 80 /се), вызвавший пробой промежутка. Справа на рис. 11 видна круглая частица (десятки микрон), слабо связанная с поверхностью анода. Ее отрыв (при напряжении 20 кв) не сопровождался пробоем вакуумного зазора. Справа при 38—80 кв виден выступ длиной около 20 мкм, прочно скрепленный с электродом. Пробой, который произошел перед кадром при 75 кв, был локализован, по-видимому, справа от тонкого выступа и привел к сильному изменению профиля вершины анода.
Образование выступов в электрическом поле на пленках распыленного в вакууме металла наблюдали Судан и Гонза-лец-Перец [46]. Исследовалась электронная эмиссия с холодной вольфрамовой нити, на которую могли осаждаться пары меди. Медь распылялась при электрическом пробое вспомогательного вакуумного промежутка, образованного медными электродами. Откачка системы ионным насосом сводила к минимуму возможные загрязнения. Измерения проводили в вакууме порядка 10 _9 мм рт. ст. После пробоя между медными электродами электронный ток с вольфрамовой нити, наблюдавшийся по свечению флуоресцирующего экрана, возникал при напряжении, примерно в 2,5 раза меньшем, чем для незапыленной нити. Эмиссия происходила из отдельных центров на той части поверхности вольфрамовой нити, которая обращена в сторону вспомогательных электродов. Часть центров со временем пропадала, что свидетельствовало об уничтожении выступов. Картина повторялась при последующих пробоях вспомогательного промежутка. Подобное явление наблюдал и Джеди-нак [29].
Появление острых выступов на поверхности электродов может быть связано с ростом нитевидных кристаллов (вискеров или усов), которые характеризуются высоким совершенством структуры и очень большим отношением длины кристалла к его диаметру (до 1000 и более, согласно работе [47]). Эти нитевидные кристаллы образуются на поверхности электродов или специальной подложки при конденсации на них перенасыщенных металлических паров. Наиболее благоприятные условия для зарождения и роста нитевидных кристаллов создаются в местах, где температура подложки составляет 0,5-0,7 температуры плавления конденсирующегося вещества, а степень перенасыщения паров порядка 10. Давление остаточных газов около
2* 35
10~6 мм рт. стп причем в их составе содержание кислорода
должно быть минимальным. В этих условиях и при давлении конденсирующихся паров IO-6 —10~5 мм рт. ст. скорость увеличения высоты нитевидных кристаллов может достигать нескольких микрон в минуту. При менее благоприятных условиях, например при более низкой температуре подложки, скорость на несколько порядков ниже.
В отсутствие электрического поля самопроизвольный рост нитевидных кристаллов наблюдали при нагревании до 200— 700° С таких металлов, как латунь, медь, золото, железо, свинец, молибден, никель, тантал, вольфрам, серебро и другие [48]. После 30—100 ч прогрева можно было с помощью электронного микроскопа наблюдать многочисленные кристаллы высотой 1—2 мкм. Самопроизвольный рост кристаллов наблюдали также на тонких металлических слоях, созданных гальванопластикой и другими способами [47], причем скорость роста очень сильно увеличивалась с температурой подложки и была значительно выше при наличии в подложке механических напряжений.
Очень тонкие нитевидные кристаллы диаметром порядка 100А и длиной до 10 мкм выращивали при осаждении паров !металла, испаряемых нагреванием в высоком вакууме [49, 50]. Время роста нитевидных кристаллов из титана, платины, железа, молибдена, меди, золота, серебра, алюминия и др. (до высоты 10 мкм) при давлении паров металлов 10“5 мм рт. ст. составляло 5—10 мин. В наиболее благоприятных условиях могли возникать и значительно более толстые кристаллы диаметром до 1—20 мкм.
Работа электродов в вакууме при наличии высокой напряженности электрического поля и межэлектродного тока может способствовать образованию и росту рассматриваемых нитевидных кристаллов. В результате местного нагрева электродов или катодного распыления в некоторых местах может создаться повышенная концентрация паров металла, значительно превосходящая равновесную, соответствующую средней температуре электродов. В таких условиях может происходить рост нитевидных кристаллов, что и наблюдается экспериментально [29]. П. В. Пошехонов с сотрудниками изучали образование нитевидных кристаллов на сетках мощных модуляторных ламп [51—53]. В этих лампах используется оксидный катод, а сетки изготовляются из вольфрама или молибдена, покрытых золотом. Во время работы лампы температура некоторых ее элементов такова, что материал может испаряться. Вблизи мест испарения имеются участки электродной поверхности с более низкой температурой, более оптимальной для образования и роста нитевидных кристаллов. При исследовании микроструктуры поверхности сеток с помощью электронного микроскопа и автоэлектронного цилиндрического проектора были обнаружены золотые
