Emission électronique de faible intensité en champ électrique macroscopique homogène

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I Etude bibliographique sur l’émission électronique par effet de champ électrique
1.1. Introduction
1.2. Généralités sur le courant noir
1.2.1. L’émission primaire
1.2.2. L’émission secondaire
1.3. Les principaux modèles d’émission électronique
1.3.1. Description du calcul proposé par Fowler-Nordheim
1.3.2. Renforcement local du champ
1.3.3. Influence de la température
1.3.4. Commentaire sur les différentes hypothèses sur lesquelles se basent les modèles
1.3.4.1. Commentaire concernant le modèle pris pour le métal
1.3.4.2. Commentaire concernant la forme de la barrière
1.3.4.3. Commentaires concernant l’emploi de la distribution de Fermi-Dirac
1.3.4.4. Commentaire concernant le calcul du coefficient de transmission
1.4. Méthodes utilisées pour dépouiller les mesures : obtention d’information sur le champ local et sur la surface des sites émetteurs
1.4.1. Méthode classique (pour un travail de sortie φ donné)
1.4.2. Méthode quand le travail de sortie est inconnu
1.5. Conclusion
Chapitre II Dispositifs expérimentaux et préparation des électrodes
2.1. Introduction
2.2. Étude bibliographique sur les dispositifs expérimentaux : la préparation des électrodes, la mesure de courant et de la rugosité de surface
2.2.1. Le choix des électrodes
2.2.1.1. Géométrie des électrodes
2.2.2. Matériaux des électrodes
2.2.3. Préparation des électrodes
2.2.3.1. Polissage mécanique
2.2.3.2. Polissage électrolytique (EP)
2.2.3.3. Polissage chimique BCP (buffered chemical polishing)
2.2.3.4. Préparation thermique
2.2.3.5. Nettoyage à l’eau ultra pure à haute pression
2.2.4. Mesure de la rugosité de surface des électrodes
2.2.4.1. Microscope à force atomique (AFM)
2.2.4.2. Profilomètre optique 3D
2.2.4.3. Microscope électronique à balayage (MEB)
2.2.5. Mesure de courant
2.2.5.1. Picoampèremètre (Keithley)
2.2.5.2. A partir de la caractéristique I-V d’une résistance
2.2.5.3. Mesure par un circuit amplificateur
2.2.5.4. Protection de l’appareil de mesure de courant
2.3. Description des dispositifs expérimentaux utilisés dans la thèse
2.3.1. Cahier des charges
2.4. Description générale du dispositif expérimental
2.4.1. Description de l’enceinte à vide, du système de pompage et des jauges de pression
2.4.2. L’alimentation haute tension
2.4.3. Diapositif de chauffage des électrodes
2.5. Choix de forme et de géométrie des électrodes
2.5.1. Cathode plane – anode sphérique
2.5.2. Cathode pointe – anode plane
2.6. Préparation des électrodes
2.7. Mesure du courant
2.7.1. Mesure de courant de quelques picoampères à quelques nanoampères avec un échantillonnage de 1 Hz (montage intégrateur)
2.7.1.1. Principe théorique
2.7.1.2. Circuit réel
2.7.1.3. Choix des composants
2.7.1.4. Erreur de mesure
2.7.2. Mesure de courant de 1 nA à 1 µA avec un échantillonnage de 1 kHz (montage amplificateur)
2.7.3. Mesure de courant de 1 pA à 1 mA avec un échantillonnage de 1 Hz
2.8. Mesure de la rugosité de surface par un Profilomètre optique 3D
Chapitre III Emission électronique de faible intensité en champ électrique macroscopique homogène
3.1. Introduction
3.2. Etude bibliographique portant sur les paramètres expérimentaux d’étude du courant noir
3.2.1. Effet du matériau de l’électrode
3.2.2. Effet de la distance inter-électrodes
3.2.3. Effet de la rugosité de surface de la cathode
3.2.4. Effet de l’état de surface de l’anode
3.2.5. Moyens de diminution de courant noir
3.2.5.1. Diminution de courant noir par implantation ionique
3.2.5.2. Traitement par décharge « glow »
3.2.6. Facteurs influant sur le renforcement de champ ȕ
3.2.7. Surface émissive S
3.2.8. Estimation de travail de sortie pour obtenir une valeur raisonnable de ȕ
3.2.9. Estimation du champ électrique correspondant à l’émission primaire
3.2.10. Zone de transition et hystérésis de I-V
3.3. Présentation des expériences et analyse des résultats
3.3.1. Géométrie et états de surface des électrodes utilisées
3.3.1.1. Contrôle de la rugosité de surface
3.3.2. Polarité des électrodes
3.3.3. Conditionnement de la surface de la cathode
3.3.3.1. Conditionnement par courant
3.3.3.2. La procédure du conditionnement par courant
3.3.3.3. Diminution de bruit du courant noir par le conditionnement par courant
3.3.3.1. Stabilité du courant noir après le conditionnement par courant
3.3.4. Effet de la distance inter-électrodes
3.3.5. Calcule de ȕ et de S à partir du plot Fowler- Nordheim
3.3.5.1. Estimation du courant noir pour une distance inter-électrodes nulle « courant correspondant à l’émission primaire du champ »
3.3.6. Effet de la rugosité de surface
3.3.6.1. Distance inter-électrodes d=0,5 mm
3.3.6.2. Distance inter-électrodes d=0 mm
3.3.6.3. Effet d’un claquage
3.3.7. Commentaires concernant les valeurs de S et ȕ – Un premier pas vers la prise en compte de la température
3.3.8. Zone de transition et hystérésis de la caractéristique I-V
3.3.9. Etude de l’influence de l’injection d’un gaz dans l’enceinte sur l’émission électronique
3.4. Conclusion
Chapitre IV Effet de gaz sur le courant noir
4.1. Introduction
4.2. Etude bibliographique sur l’effet de gaz sur le courant noir
4.2.1. Diminution de l’intensité du courant noir par l’effet de gaz
Résultats expérimentaux
4.3. Géométrie étudiée
4.4. Création des sites sur la cathode
4.5. Effet de la pression de gaz
4.5.1. Observation de l’effet du gaz : cas de l’hélium
4.5.2. Influence de la pression du gaz
4.5.3. Recherche d’effets rémanents dus à l’injection de gaz
4.6. Estimation de l’effet de gaz par bombardement ionique
4.6.1. Probabilité d’une collision ionisante
4.6.2. Calcul de la distribution du flux ionique
4.6.3. Calcul de l’énergie des électrons en fonction de la position
4.6.4. Description simple de l’effet de l’impact des ions à la cathode
4.7. Effet de la nature de gaz
4.8. Etude du retour du courant consécutif à un effet de gaz
4.8.1. Le retour interrompu
4.8.1. Etablissement d’un courant d’émission stable
4.8.1. Reconstruction éventuelle des sites émissifs en régime de pointe anode
4.8.2. La variabilité du retour de courant
4.9. Conclusion
Conclusion général
Perspectives
Les annexes
Références