Kenttäemissioemittorit

Kenttäemissioemittorit ovat elektroninlähteitä, jotka tuottavat sähköisesti emittoivia elektroneja käyttämällä erittäin suurta kenttää kapeista terävistä kärjistä. Toimintaperiaate perustuu kenttäemissioon: elektronit tunkeutuvat potentiaalibarrieerin läpi kvanttimekanismin avulla, jolloin elektronien virta voidaan synnyttää pienellä lämpötilalla. Emissiontietojen kuvaamiseen käytetään usein Fowler–Nordheimin yhtälöä, joka liittää emisioiden currentin työfunktion ja sähkökentän voimakkuuden väliseen suhteeseen.

Rakenne ja materiaalit vaihtelevat, mutta tyypillisiä emittoivia kärkiä ovat teräksestä valmistetut tai korkean sulamapinnan tungsten-kärjet sekä nanoskaalisen rakenteen omaavat hiili- ja grafiittipohjaiset emitointimateriaalit, kuten hiili nanotubukset tai nanokuidut. Kärjen pienennetty kiertävä kaarevuus antaa hyvin korkean paikallisen kentän, mikä mahdollistaa tehokkaan emitoinnin. Ympärille voidaan käyttää hajakiertoja tai taustakammioita, ja yksittäisiä emittereitä voidaan yhdistää tauluksi tai ruudukoksi suurentamaan yhteissiirtovirtaa.

Sovellukset ja kehitys ovat liittyneet vakuumikytkentöihin, kuten kenttäemissio­näyttöihin (FED), suurtarkkuuksisiin elektronisuihkutuslähteisiin sekä pienkokoluokkien vakuumielektroniikkalaitteisiin. Kenttäemissioemittoreiden etuja ovat korkea kirkkaus ja pienet lämpötilat, sekä mahdollisuus pieniin jännitteisiin nopeat vasteajat. Haasteina ovat emittoivien kärkien pitkäaikainen stabiilisuus, kontaminaatioherkkyys, huurun muodostuminen sekä emitointikartan yhtenäisen, toistettavan tuotannon saavuttaminen.

Näiden laitteiden tutkimus kattaa materiaalivalinnat, emissiokerrosten optimoinnin sekä säteilyn ja vuotuvuuksien hallinnan vakuumissa. Tutkimuksessa käytetään sekä kokeellisia että teoreettisia lähestymistapoja kuvailtamaan kenttäemissioilmiöitä ja niiden sovelluksia.