Moderne Vakuumelektronik: Grundlagen, Bauelemente, Technologie

ISBN-13: 9783642815072 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 412 str.

J. Eichmeier

Opis

Das vorliegende Buch ist aus einer Vorlesung entstanden, die der Verfas ser seit dem Wintersemester 1969170 an der Technischen UniversitiH Munchen halt. Es ist - mit Beschrankung auf die Vakuumelektronik - das Nachfolgewerk flir die beiden Bande uber "Technische Elektronik," die von M. Knoll (t) und dem Verfasser in den lahren 1964/65 beim gleichen Verlag verOffentlicht wurden. Es bestand die Absicht, den flir die Studenten der Fachrichtungen Elek trotechnik und Physik als wesentlich betrachteten Lehrstoffin einem Band unterzubringen. Deshalb wurde haufig auf eine ausflihrliche Darstellung technologischer Einzelheiten verzichtet. Daflir wurden die theoretischen Grundlagen eingehender behandelt. Das Buch ist in zehn Kapitel unterteilt. Die zu seiner Lekttire erforder lichen Mathematikkenntnisse entsprechen dem Wissen eines Studenten nach dem Vordiplom. AIle darin verwendeten Einheiten beziehen sich auf das Internationale Einheitensystem. 1m Literaturverzeichnis sind aus schlieBlich Lehrbticher und einige Zeitschriften genannt, deren Studium zur Erganzung und Vertiefung der Kenntnisse empfohlen wird. Der Verfasser dankt dem Verlag flir die sorgfaltige Drucklegung des Bu ches. Mtinchen, im lanuar 1981 1. Eichmeier Inhaltsverzeichnis Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Feldgleicbungen und Bewegungsgleicbungen fUr Elektronen in Vakuumsystemen 3 1.1 Feldgleichungen . 3 1.2 Bewegungsgleichungen . 11 2 Ermittlung von Feldern und Elektronenbabnen (bei vernacbHissigbarer Raumladung) 14 2.1 Feldbestimmung. . . . . . . . . . . . . . . . . 14 ."

Spis treści

1 Feldgleichungen und Bewegungsgleichungen für Elektronen in Vakuumsystemen.- 1.1 Feldgleichungen.- 1.2 Bewegungsgleichungen.- 2 Ermittlung von Feldern und Elektronenbahnen (bei vernachlässigbarer Raumladung).- 2.1 Feldbestimmung.- 2.1.1 Berechnung von raumladungsfreien elektrischen Feldern.- 2.1.2 Numerische Feldbestimmung mit dem Digitalrechner.- 2.1.3 Numerische Feldbestimmung mittels Analogverfahren.- 2.1.4 Bestimmung von Magnetfeldern.- 2.2 Bahnbestimmung.- 2.2.1 Berechnung von Elektronenbahnen in einfachen (raumladungsfreien) Feldern.- 2.2.2 Numerische Bahnbestimmung mit dem Digitalrechner.- 2.2.3 Numerische Bahnbestimmung mittels Analogverfahren.- 2.3 Die allgemeine Energiegleichung für ein Elektron.- 3 Elektronenemissions- und -absorptionsvorgänge im Vakuum.- 3.1 Elektronenemissionsvorgänge.- 3.1.1 Thermische Elektronenemission.- 3.1.2 Photoemission.- 3.1.3 Sekundäremission.- 3.1.4 Feldemission.- 3.1.5 Radioaktive Emission.- 3.2 Elektronenabsorptionsvorgänge (und dadurch ausgelöste Effekte).- 3.2.1 Absorptionsgesetz und Elektronenreichweite.- 3.2.2 Wärmestrahlungsemission.- 3.2.3 Lichtemission.- 3.2.4 Röntgenstrahlungsemission.- 4 Elektronenoptische Systeme.- 4.1 Elektronenlinsen.- 4.1.1 Elektronenoptische Abbildungsgesetze.- 4.1.2 Elektrische Elektronenlinsen.- 4.1.3 Magnetische Elektronenlinsen.- 4.1.4 Linsenwirkung eines homogenen elektrischen und magnetischen Feldes.- 4.1.5 Linsenfehler.- 4.1.6 Ähnlichkeitsgesetze für Elektronenlinsen.- 4.2 Elektronenoptische Ablenksysteme.- 4.2.1 Allgemeine Eigenschaften.- 4.2.2 Elektrische Ablenksysteme.- 4.2.3 Magnetische Ablenksysteme.- 4.2.4 Ablenksystem mit überlagertem elektrischem und magnetischem Feld.- 4.2.5 Ablenkfehler.- 4.2.6 Ähnlichkeitsgesetze für Ablenksysteme.- 4.2.7 Fokussierende (abbildende) Ablenksysteme für Energie- und Massenspektrographen.- 4.3 Elektronenstrahl-Erzeugungs- und -Fokussiersysteme.- 4.3.1 Elektronenstrahl-Erzeugungssysteme.- 4.3.2 Elektronenstrahlaufspreizung im feldfreien Raum.- 4.3.3 Elektronenstrahlfokussierung.- 4.4 Elektronenoptische Röhren und Geräte.- 4.4.1 Sekundärelektronen-Vervielfachersysteme (SEV-Systeme).- 4.4.2 Elektronenstrahl-Wandlerröhren.- 4.4.3 Elektronenmikroskope.- 4.4.4 Elektronenstrahlgeräte zur chemischen Oberflächenanalyse von Festkörpern.- 4.4.5 Elektronenstrahlgeräte zur Materialbearbeitung und -umformung.- 5 Elektronenströme im Hochvakuum unter Raumladungseinfluß.- 5.1 Stromwirkung eines Einzelelektrons.- 5.2 Systeme mit zwei Elektroden (Diodensysteme).- 5.2.1 Anlaufstrombereich.- 5.2.2 Raumladungsbereich.- 5.2.3 Sättigungsbereich.- 5.2.4 Energieprofile emittierter Elektronen zwischen Kathode und Anode.- 5.2.5 Elektronenlaufzeiten in ebenen Diodensystemen unter Raumladungseinfluß.- 5.3 Systeme mit einem Steuergitter (Triodensysteme).- 5.3.1 Ersatzschaltbild.- 5.3.2 Kennliniengleichungen.- 5.3.3 Strom-, Spannungs- und Leistungsverstärkung.- 5.3.4 Ersatzschaltbilder eines Vakuumröhren-Verstärkers.- 5.4 Systeme mit zwei Gittern (Tetrodensysteme).- 5.4.1 Steuerspannung und Kennliniengleichungen.- 5.4.2 Stromverteilung und Sekundärelektronenaustausch.- 5.5 Systeme mit drei Gittern.- 5.6 Raumladungsströmung bei hohen Frequenzen.- 5.6.1 Reaktanzeffekte.- 5.6.2 Erhöhung der Verluste.- 5.6.3 Laufzeiteffekte.- 5.7 Bauformen moderner dichtegesteuerter Hochvakuumröhren.- 6 Wechselwirkung von Elektronenstrahlen mit elektromagnetischen Wellen (Mikrowellenröhren).- 6.1 Prinzip.- 6.2 Theorie der Raumladungswellen.- 6.3 Triftröhren.- 6.3.1 Das Klystron.- 6.3.2 Das Reflexklystron.- 6.4 Lauffeldröhren.- 6.4.1 Lauffeldröhren ohne magnetisches Querfeld (O-Typ-Röhren).- 6.4.2 Lauffeldröhren mit magnetischem Querfeld (M-Typ-Röhren).- 6.5 Vergleich zwischen Mikrowellenröhren und Mikrowellen-Halbleiterbauelementen.- 7 Teilchenbeschleuniger.- 7.1 Linearbeschleuniger.- 7.1.1 Gleichspannungs-Linearbeschleuniger.- 7.1.2 Hochfrequenz-Linearbeschleuniger.- 7.2 Das Zyklotron.- 7.3 Das Betatron.- 7.4 Synchrotrons.- 7.4.1 Das Elektronen-Synchrotron.- 7.4.2 Das Synchrozyklotron.- 7.4.3 Protonen-Synchrotrons.- 7.5 Hauptdaten der Cern-Beschleuniger.- 8 Gasentladungsröhren.- 8.1 Eigenschaften von Gasen und Dämpfen.- 8.1.1 Konzentration und mittlerer Abstand von Gasmolekülen.- 8.1.2 Flächenbezogene Stoßrate von Gasmolekülen.- 8.1.3 Grundgleichung der Kinetischen Gastheorie.- 8.1.4 Zustandsgleichung für ideale Gase.- 8.1.5 Mittlere freie Weglänge.- 8.2 Erzeugung von Ladungsträgern in Gasen.- 8.2.1 Entstehungsprozesse von Ladungsträgern.- 8.2.2 Ionisierung durch Elektronenstöße.- 8.2.3 Ionisierung durch Elektronen-und Ionenstöße.- 8.2.4 Trägererzeugung durch Elektronenstöße und Ionenaufprall auf die Kathode.- 8.2.5 Trägererzeugung durch weitere Sekundäreffekte.- 8.2.6 Zündbedingung und Paschensches Gesetz.- 8.2.7 Allgemeine Gasentladungs-Charakteristik.- 8.3 Bauformen von Gasentladungsröhren.- 8.3.1 Röhren mit Vorstromentladung.- 8.3.2 Röhren mit Glimmentladung.- 8.3.3 Röhren und Geräte mit Bogenentladung.- 8.3.4 Röhren mit Niedervolt-Bogenentladung.- 8.4 Gasentladungssysteme für die Festkörpertechnologie.- 8.4.1 Kathodenzerstäubung.- 8.4.2 Ionenätzen.- 8.4.3 Ionenimplantation.- 8.4.4 Ionenquellen.- 8.5 Gaslaser und -maser.- 8.5.1 Laserprinzip.- 8.5.2 He-Ne-Laser.- 8.5.3 He-Cd-Laser.- 8.5.4 Ar-Laser.- 8.5.5 CO2-Laser.- 8.5.6 NH3-Maser.- 9 Vakuumtechnologie.- 9.1 Erzeugung eines Vakuums.- 9.1.1 Pumpvorgang bei vernachlässigbarem Strömungswiderstand der Vakuumleitung.- 9.1.2 Pumpvorgang bei Berücksichtigung des Strömungswiderstands der Vakuumleitung.- 9.1.3 Strömungsarten und Strömungsleitwerte von Vakuumleitungen.- 9.1.4 Aufbau und Eigenschaften von Vakuumpumpen.- 9.2 Überwachung eines Vakuums.- 9.2.1 Aufbau und Eigenschaften von Vakuummetern.- 9.2.2 Massenspektrographen zur Partialdruckmessung.- 9.2.3 Meßbereiche der verschiedenen Vakuummeter.- 9.3. Aufrechterhaltung eines Vakuums.- 9.3.1 Gasquellen und Gassenken einer Vakuumanlage.- 9.3.2 Wechselwirkungen zwischen Festkörperoberflächen und Gasen (Sorption und Desorption).- 9.3.3 Prüfung eines Vakuumsystems auf Undichtheit (Lecksuche).- 9.4 Werkstoffe und Bauteile der Vakuumtechnik.- 9.4.1 Werkstoffe.- 9.4.2 Vakuumbauteile und deren Verbindungen.- 10 Ergänzende und weiterführende Literatur.- 10.1 Bücher.- 10.1.1 Zusammenfassende Darstellungen über Elektrotechnik und Elektronik.- 10.1.2 Elektronenoptik.- 10.1.3 Mikrowellenröhren.- 10.1.4 Gasentladungsröhren einschließlich Laser.- 10.1.5 Teilchenbeschleuniger.- 10.1.6 Vakuumtechnologie.- 10.2 Zeitschriften.