Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634160)
Контекстум
.

Математическое моделирование эмиссии из катодов малых размеров (500,00 руб.)

0   0
АвторыДанилов В. Г., Руднев В. Ю., Гайдуков Р. К., Кретов В. И.
ИздательствоМ.: Горячая линия – Телеком
Страниц233
ID297858
АннотацияПредставлена новая математическая модель теплопереноса в кремниевом автоэмиссионном острийном катоде малого размера, которая позволяет учитывать возможное его частичное проплавление. Приведенная математическая модель основана на системе фазового поля – современного обобщения задачи типа Стефана. Используемый авторами подход является не чисто математическим, а основан на понимании структуры решения (построении и изучении асимптотических решений) и компьютерных вычислениях. В книге приведен алгоритм численного решения уравнений полученной математической модели, в том числе его параллельная реализация. В заключение приведены результаты численного моделирования.
Кому рекомендованоДля специалистов, проводящих исследования в области процессов теплопереноса и автоэлектронной эмиссии, может быть полезна студентам старших курсов и аспирантам.
ISBN978-5-9912-0425-2
УДК537.533.2:519.633
ББК22.311
Математическое моделирование эмиссии из катодов малых размеров : [монография] / В.Г. Данилов, В.Ю. Руднев, Р.К. Гайдуков, В.И. Кретов .— Москва : Горячая линия – Телеком, 2014 .— 233 с. : ил. — Библиогр.: с. 218-231 (151 назв.) .— ISBN 978-5-9912-0425-2 .— URL: https://rucont.ru/efd/297858 (дата обращения: 16.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Представлена новая математическая модель теплопереноса в кремниевом автоэмиссионном острийном катоде малого размера, которая позволяет учитывать возможное его частичное проплавление. <...> Для специалистов, проводящих исследования в области процессов теплопереноса и автоэлектронной эмиссии, может быть полезна студентам старших курсов и аспирантам. <...> Плотность эмиссионного тока и эффект Ноттингама . <...> Особенности автоэлектронной эмиссии из полупроводникового катода . <...> Аппроксимация формулы для плотности эмиссионного тока . <...> Система фазового поля и ее использование при моделировании теплопереноса . <...> Система фазового поля как регуляризация предельных задач со свободной границей . <...> Асимптотическое решение системы фазового поля и модифицированная задача Стефана . <...> Слабое решение системы фазового поля и модель зоны проплавления . <...> Вывод решения предельной задачи Стефана–ГиббсаТомсона из численного решения системы фазового поля 133 3.6. <...> Вычисление плотности эмиссионного тока и моделирование эффекта Ноттингама . <...> Все физические константы, входящие в него, известны, однако сама формула получена на основе туннелирования через потенциальный барьер из полуплоскости в пространство. <...> На практике этот учет осуществляется с помощью так называемого «форм–фактора» — множителя, входящего в выражение для потока тепла с поверхности эмиттера. <...> Этот множитель является единственным «подгоночным» параметром в нашей задаче и может быть легко определен экспериментально с помощью сравнения теоретической величины плотности эмиссионного тока (с плоской поверхности эмиттера) и реального эмиссионного тока, наблюдаемого в эксперименте. <...> Далее приведена математическая постановка задачи автоэлектронной эмиссии из полупроводникового катода малого размера. <...> В главе 2 кратко приводятся некоторые сведения из физики твердого тела, в частности, — формулы для удельной проводимости, коэффициентов термо–ЭДС и Томсона для полупроводников <...>
Математическое_моделирование_эмиссии_из_катодов_малых_размеров_(1).pdf
УДК 537.533.2:519.633 ББК 22.311 М34 Р е ц е н з е н т ы : доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой теории вероятностей и прикладной математики МТУСИ доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры высшей математики НИУ ВШЭ Авторы: В. Г. Данилов, В. Ю. Руднев, Р. К. Гайдуков, В. И. Кретов М34 Математическое моделирование эмиссии из катодов малых размеров. – М.: Горячая линия–Телеком, 2014. – 232 с.: ил. ISBN 978-5-9912-0425-2. Представлена новая математическая модель теплопереноса в кремниевом автоэмиссионном острийном катоде малого размера, которая позволяет учитывать возможное его частичное проплавление. Приведенная математическая модель основана на системе фазового поля – современного обобщения задачи типа Стефана. Используемый авторами подход является не чисто математическим, а основан на понимании структуры решения (построении и изучении асимптотических решений) и компьютерных вычислениях. В книге приведен алгоритм численного решения уравнений полученной математической модели, в том числе его параллельная реализация. В заключение приведены результаты численного моделирования. Для специалистов, проводящих исследования в области процессов теплопереноса и автоэлектронной эмиссии, может быть полезна студентам старших курсов и аспирантам. ББК 22.311 Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU ; ISBN 978-5-9912-0425-2 © В. Г. Данилов, В. Ю. Руднев, Р. К. Гайдуков, В. И. Кретов, 2014 © Издательство «Горячая линия–Телеком», 2014 А . Г. К ю ркч ан В . М. Ч е тве ри ко в
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Глава 1. Введение 9 1.1. Краткая история открытия явления эмиссии электронов 9 1.2. Виды электронной эмиссии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.4. Математическая постановка задачи. Модель теплопереноса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Глава 2. Физические основы автоэлектронной эмиссии 18 2.1. Зонная теория и уровень Ферми . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2. Удельная проводимость полупроводников . . . . . . . . . . 24 2.2.1. Концентрация электронов и дырок . . . . . . . . . . . . . 26 2.2.2. Эффективная масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.3. Подвижности электронов и дырок . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.4. Зависимость удельной проводимости от температуры в кремнии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.3. Термоэлектричество . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4. Теплопроводность твердых тел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.4.1. Электронная теплопроводность . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4.2. Теплопроводность кристаллической решетки. . . . . 34 2.5. Плотность эмиссионного тока и эффект Ноттингама . 35 2.5.1. Функция поддержки в металлах . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.5.2. Туннелирование электронов через потенциальный барьер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.5.3. Формула для коэффициента прозрачности барьера в случае автоэмиссионного катода . . . . . . . . . . . . . 51 2.5.4. Плотность эмиссионного тока в металлах . . . . . . . 56 2.5.5. Особенности автоэлектронной эмиссии из полупроводникового катода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Стр.3
4 Оглавление 2.5.6. Аппроксимация формулы для плотности эмиссионного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.5.7. Эффект Ноттингама . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.5.8. Оптимальные значения параметров аппроксимаций 67 2.5.9. Зависимость инверсионной температуры от напряженности внешнего электрического поля . . . . . . . . 69 Глава 3. Математическая модель 72 3.1. Система фазового поля и ее использование при моделировании теплопереноса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.2. Система фазового поля как регуляризация предельных задач со свободной границей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.3. Асимптотическое решение системы фазового поля и модифицированная задача Стефана . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.3.1. Построение асимптотического решения . . . . . . . . . 87 3.3.2. Примеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.4. Слабое решение системы фазового поля и модель зоны проплавления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.4.1. Слабые решения и условия типа Гюгонио . . . . . . . 104 3.4.2. Решения типа «волновой поезд» и соответствующая предельная задача . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.5. Вывод решения предельной задачи Стефана–Гиббса– Томсона из численного решения системы фазового поля 133 3.6. Рождение и слияние диссипативных волн . . . . . . . . . . 143 Глава 4. Численное моделирование и его результаты 151 4.1. Модель нанокатода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.2. Вычисление плотности тока внутри катода . . . . . . . . . 155 4.3. Вычисление плотности эмиссионного тока и моделирование эффекта Ноттингама . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.4. Разностная схема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.4.1. Разностная схема для уравнения на потенциал . . . 162 4.4.2. Разностная схема для уравнения на функцию порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 4.4.3. Разностная схема для уравнения теплопроводности 166 4.4.4. Устойчивость разностной схемы . . . . . . . . . . . . . . . 168 4.4.5. Об еще одном варианте разностной схемы . . . . . . . 173 4.4.6. Выбор шагов разностной схемы . . . . . . . . . . . . . . . 175
Стр.4
Оглавление 5 4.5. Алгоритм решения разностных уравнений и возможные варианты его распараллеливания . . . . . . . . . . . . . 177 4.6. Результаты численных экспериментов . . . . . . . . . . . . . 182 4.6.1. Немонотонное поведение свободных границ . . . . . . 183 4.6.2. Результаты моделирования с физическими параметрами, соответствующими экспериментальным . 186 4.7. Образование зародышей плавления и кристаллизации в модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 4.8. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Литература 218
Стр.5