Integrierte Feldemissions-Elektronenquellenanalyse

• Antragsteller: Professor Dr. Rupert Schreiner
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545035571

Das Ziel unseres internationalen Kooperationsprojekts INFASCOPE ist die Erforschung neuer experimenteller Methoden und Messverfahren für den orts- und zeitaufgelösten Elektronennachweis aus Feldemissionskathoden-Arrays und FE-Elektronenquellen. Um ein umfassendes Verständnis der Emissionseigenschaften moderner FE-Kathoden, insbesondere von in einem Array angeordneten Emittern, zu erlangen, ist es notwendig zu verstehen, wie die einzelnen Emitter auf der Kathodenoberfläche miteinander interagieren und wie die einzelnen Emitter mit den Restgasmolekülen während des Betriebs im Vakuum interagieren. Dazu muss jedoch genau bekannt sein, welche und wie viele Emitter im Betrieb tatsächlich zum Emissionsstrom beitragen und wie sich ihre Emissionseigenschaften im Laufe der Zeit verändern. Für hohe Emissionsströme ist es notwendig, dass die Gesamtemission gleichmäßig über die Fläche einer Feldemissionskathode verteilt ist. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass selbst bei hochpräzise gefertigten FE-Arrays die Emission nur auf einige wenige dominante Emitter verteilt ist und diese dann vorzeitig degradieren. Schon geringe Veränderungen in der Form eines einzelnen Emitters können dessen Emissionsstrom erheblich verändern. Derzeit verfügbare experimentelle Methoden bieten keine ausreichende Beobachtungsmöglichkeit von Feldemissionsarrays (FEA) im Betrieb, um die Homogenität der Emission zu bestimmen oder auch den Einfluss von Konditionierungsprozessen auf die Homogenität der Emission zu untersuchen. Daher werden neue experimentelle Methoden benötigt, um das Verhalten moderner FE-Kathoden zu untersuchen und zu verstehen, ihre Leistung zu verbessern und verbesserte theoretische Modelle auf der Grundlage dieser Experimente zu entwickeln. Wir schlagen einen neuen und einfach zu handhabenden Ansatz vor, der die Nachteile der üblichen indirekten Elektronennachweisverfahren (z. B. Kombinationen von Phosphorschirmen oder Szintillatoren mit optischen Kameras) weitgehend überwindet. Anstatt die leuchtenden Phosphorschirme mit Digitalkameras zu beobachten, wollen wir den CMOS-Bildsensor direkt verwenden, um die Stromverteilung von FE-Arrays in situ zu messen. Da der CMOS-Sensor ein Halbleiterbauelement ist, dass im Prinzip Elektronen in seiner Struktur erzeugt und einfängt, um Signale von bestimmten Sensoren in einer Matrix zu akkumulieren, erscheint es möglich, Elektronen direkt aus dem Elektronenstrahl zu detektieren. Der größte Vorteil dieser neuen Methode ist der hohe Dynamikbereich in Kombination mit der einstellbaren Belichtungszeit. Dies dürfte insbesondere auch eine räumlich aufgelöste Detektion mehrerer emittierender Stellen auf einer Kathode ermöglichen, deren Emissionsstrom sich um Größenordnungen unterscheidet, ohne dass die Beobachtung in Echtzeit dadurch beeinträchtigt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen, Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation; Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr.-Ing. Alexandr Knápek; Professor Dr.-Ing. Michal Krysztof