ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ, предел яетс я наличием в них свободных носителей заряда (электронов, ионов), зависит от строения и состава диэлектрика, а также от внеш. условий. Обычно к диэлектрикам относят в-ва, уд. электропроводность к-рых _при норм. условиях не превышает 10~—1(Р Ом" -см-. В газах свободные носители заряда создаются ионизирующими источниками, в жидких и твёрдых диэлектриках они существуют постоянно. Электропроводность (проводимость) жидких диэлектриков является ионной и обусловлена примесями; проводимость твёрдых диэлектриков может быть как электронной, так и ионной, а по характеру распределения свободных носителей заряда — поверхностной или объёмной- Электронная проводимость твёрдых диэлектриков, так же как и электропроводность полупроводников, определяется зониой структурой и наличием примесей; ионная проводимость обусловлена примесями или с обет в. дефектами решётки (вакантные узлы или междоуэвльные ионы) и имеет термоактивационную природу, поэтому при высоких темп-pax Э. д. преим. ионная. В пост. внеш. электрич. поле ионный ток в диэлектрич. образцах уменьшается со временем из-за образования объёмного заряда на границах диэлектрика. В достаточно сильных электрич. полях механизм Э. д. может изменяться; напр., в газах начинается ударная ионизация, а в твёрдых телах возникают токи инжекции (см. Инжекция носителей заряда). Увеличение Э. д. в сильных полях эпровождавтея локальными изменениями хим. состава и структуры диэлектрика. В результате в нём возникают каналы с высокой проводимостью и происходит электрич. пробой (см. Пробой диэлектрика). Резкий рост Э. д. происходит также при их разогреве. В перем. электрич. полях вклад Э. д. в диэлектрич. потери уменьшается с увеличением частоты поля.
ЭЛЕКТРООПТИКА, раздел оптики, в к-ром изучается влияние электрич. поля на оптич. свойства вещества (э л в кт-рооптические явления). В квантовых системах (атомах, молекулах и др.) под действием электрич. поля происходит расщепление энергетич. уровней, пропорциональное квадрату напряжённости поля или (в более сильных полях) его первой степени (Штарка эффект). В оптически изотропных в-вах (жидкостях, стёклах, кристаллах с центром симметрии крист. решётки) электрич. поле приводит к двойному лучепреломлению, пропорциональному квадрату напряжённости поля (электрооптич. Керра эффект); в пьеэо-электрич. кристаллах, у к-рых отсутствует центр симметрии, двулучепреломление может быть пропорционально амплитуде электрич. поля (Поккельса эффект).
В диэлектриках под действием электрич. поля атомы и молекулы поляризуются и вместе с молекулами, обладающими пост, дипольным моментом или анизотропией поляризуемости, ориентируются таким образом, что возникает наведённая (искусственная) оптич. анизотропия, к-рая исчезает, когда действие поля прекращается. Напр., в одноосных диэлектрич. кристаллах наведённая оптич. анизотропия проявляется как поворот или деформация оптич. индикатрисы (см. Кристаллооптика), т. е. возникает дополнительно индуцированное двойное лучепреломление и как следствие изменяется показатель преломления среды; в частности, в нецентросимметрич. одноосных кристаллах (пьеэоэлектриках) изменения коэф. оптич. индикатрисы пропорциональны напряжённости электрич. поля (линейный электрооптич. эффект). В полупроводниках воздействие электрич. поля вызывает либо испускание ими света (электролюминесценцию), либо изменение поглощения ими света. Различают два осн. механизма электрич. управления поглощением света в ПП: поглощение света свободными носителями заряда, связанное с электронными переходами внутри зоны проводимости; поглощение света, свезенное с туннельными переходами из валентной зоны в зону проводимости вследствие сдвига (размытия) края осн. полосы поглощения (см. Франца — Келдыша эффект).
Электрооптич. явления широко используются для управления оптич. излучением: амплитудной и фазовой модуляции; изменения направления распространения световых пучков; создания коротких (наносекундных, пикосекундных) световых импульсов и др. Создание лазеров позволило наблюдать многие электрооптич. явления в электрич. полях оптич. частоты, что определило появление новых разделов оптики, таких, как нелинейная оптика, голография.
Материалы, изменяющие оптич. св-ва под действием электрич. поля (электрооптические материалы), широко применяют в приборах квантовой электроники и интегральной оптики для изготовления элементов электрооптич. лазерных затворов, широкоапертурных спектральных фильтров и с веток лапанных устр-в для защиты от излучений повышенной яркости, модуляторов света и дефлекторов, оптич. индикаторов (напр., жидкокрист. дисплеев, цифровых индикаторов) в системах оптич. обработки, отображения и хранения информации, оптич. связи, в науч. приборостроении и др. Преимуществ, распространенна получили электрооптич. материалы: дигидрофосфат калия (диапазон оптич. прозрачности 0,2—1,2 мкм), тантвлат лития (0,4—0,5 мкм), ниобат лития (0,4—4,5 мкм), ниобат бария—натрия (0,4—4,5 мкм), дидейтерофосфат калия (0,2—1,6 мкм), ниобвт бария—стронция (0,4—4,5 мкм), цир-конат—титанат свинца с лантаном (0,4—4,5 мкм) и др. К осн. требованиям, предъявляемым к электрооптич. материалам, относятся: достаточно малые полуволновые напряжения (не свыше неск. кВ) и необходимые для управления затраты энергии; малые оптич. потери и высокая стойкость в окне прозрачности; наивысшая достигаемая стабильность электрооптич. характеристик а рабочем интервале темп-р; высокая технологичность процессов получения и обработки.
ЭЛЕКТРОНОГРАФ (от электрон и греч. grapho — пишу), прибор для исследования атомного строения веществ (гл. обр. твёрдых тел и молекул газа) с помощью метода, основанного на дифракции электронов (электронографии). Представляет собой вакуумный прибор, принципиальная схема к-рого аналогична схеме электронного микроскопа. В оптич. системе (колонне), осн. узле Э., эл-ны, испускаемые катодом (раскалённой вольфрамовой нитью), разгоняются высоким напряжением (от 30 кВ и выше — быстрые эл-ны, до 1 кВ — медленные эл-ны). С помощью диафрагм и мвгн. линз формируется узкий электронный пучок, к-рый направляется на исследуемый образец, находящийся в т. н. камере объектов и установленный на спец. столике. Для регистрации рассеянных (дифрагир.) эл-нов в Э. используется, напр., люминесцентный экран или фотопластинка, к-рая содержит слой фотографич. эмульсии, чувствительной к потоку эл-нов, и нв к-рой создаётся дифракционное изображение — электроногрвмма. В конструкции Э. предусмотрена система непосредств. регистрации интенсивности рассеянных эл-нов с помощью цилиндра Фараде я или вторично-электронного умножителя открытого типа. Э- снабжают раз л. устр-вами для нагревания, охлаждения, испарения образца, для его деформации и т. д.
Э. содержит также систему вакуумирования (для создания глубокого вакуума в оптич. системе — до 10~~ —10— Па) и блок электропитания, в состав к-рого входят источники накала катода, высокого напряжения, питания зл.-магн. линз и раэл. устр-в камеры объектов. Питающее устр-во обеспечивает изменение ускоряющего напряжения по ступеням (напр., в Э. «ЭР-100» 4 ступени: 25, 50, 75 и 100 кВ). Разрешающая способность Э. зависит от энергии эл-нов, сечения электронного пучка, расстояния от образца до фотопластинки* (экрана) и достигает 10~~ —tO- нм. Управление совр. Э., как правило, автоматизировано.
ЭЛЕКТРОНОРЕЗИСТ, реэист, чувствительный к воздействию пучка электронов с энергией 5—50 кэВ. Как правило, представляет собой р-р электроночувствит. полимера в органич. растворителе Толщина слоя, сформированного из Э. в процессе электроно литографии (см. Литография), составляет 0,3—1,0 мкм. Наиболее важные классы позитивных Э.: полнметилметакрилат и его производные, галоген-, циан-, амидо- и др. замещённые полиме-такрилатов, полиалкиленкетоны и их сополимеры, полно лефинсульфоны. Осн. классами негативных Э. являются гомополимеры и сополимеры глицидилметакрила-та, бутадиена, изопрена, стирола и их производных, крем-нийоргвнич. соединения и др.
Чувствительность позитивных Э. обычно составляет 5* •Ю-5—1-10~6 Кл/см2, негативных — l-irr*-^-»-7 Кпукм2; разрешающая способность (оцениваемая по наименьшей ширине отд. воспроизводимой линии), как правило, для позитивных Э. лежит в пред в л ах 0,2—0,8 мкм, для негативных—0,3—1,5 мкм; микродефектность защитного слоя Э. находится в интервале 0,1—1,0 см™3. Предъявляются высокие требования к стойкости Э. при травлении подложки в процессе литографии, к адгезии Э. с поверхностью подложки и др.
Э. используется в микроэлектронике при изготовлении промежуточных фотооригиналов и прецизионных фотошаблонов, кремниевых СБИС и запоминающих устр-в на ЦМД.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОТОК. совокупность свободных электронов, имеющих одно или неск. преимуществ, направлений движения. Эл-ны, эмитируемые катодом электронной пушки, формируются в Э. п с помощью статич. или (и) перем. электрич. и магн. полей. При этом электрич. поле изменяет скорость зл-нов как по величине, так и по направлению, магнитное — только по направлению (см. Лоренца сила). Э. п., в частности электронные пучки, электронные лучи, создаются и применяются в электронных приборах раз л. типа и назначения: СВЧ ЭВП (магнетронах, клистронах, лампах бегущей волны, лампах обратной волны и др.); лазерах с накачкой электронным лучом, лазерах на свободных электронах; ускорителях эл-нов и др. Э. п. могут возникать также и в естеств. условиях, нвпр. в ионосферной плазме. Динамич. не ламинарные многоскоростные Э. п. описывают при помощи модели крупных частиц. Э. п. представляют в виде большого числа (от неск. десятков до неск. тысяч) заряженных частиц, каждая из к-рык имеет конечный объём, заряд, эквивалентный суммарному заряду эл-нов в данном объёме, и определённое (обычно равномерное) респределение плотности пространств, заряда по объёму частицы. При описании движения центров крупных частиц учитывают электрич. и магн. поля, являющиеся суперпозицией трёх полей: 1) внеш. электростатического (фокусирующего); 2) переменного во времени ВЧ поля электродинамической системы; 3) пост, и перем. составляющих поля пространств, заряда. Математически модель крупных частиц описывается системой из уравнений движения центров частиц, закона сохранения заряда и Максвелла уравнений, причём последние чаще всего заменяются их следствиями — уравнениями возбуждения ВЧ поля электродинамич. системы и уравнением Пуассона для поля пространств, заряда. Её решение проводится численными методами. На основе модели крупных частиц исследуются динамич процессы в Э. л. — его группирование (см. Группирование электронов) и взаимодействие с эл.-магн. полем в приборах О- и М-типа — динамическое токооседание; онв используется также для описания статич. трёхмерных Э. п. — ленточных конечной ширины, Э. п. с азимутальными неоднородностями фокусирующего магн. поля и др.
Взаимодействие электронных потоков с электромагнитными полями. В общем случае такое взаимодействие включает в себя два процесса: воздействие полей на движение эл-нов (этот процесс описывается уравнениями движения заряженных частиц); возбуждение эл.-магн. поля движущимися эл-нами (описывается уравнениями Максвелла). Связанное с этим взаимодействием преобразование кинетич. и потенциальной энергий эл-нов в энергию эл.-магн. поля либо обратное преобразование лежат в основе работы ЭВП и ускорителей заряженных частиц.
Возбуждение эл.-магн. полей движущимися эл-нами основано на явлении излучения. Согласно классич. электродинамике, всякий ускоренно движущийся эл-н излучает эл.-магн. энергию- Напр., заряженная частица, движущаяся по круговой траектории, является источником циклотронного излучения (см. Циклотронная волна), а при релятивистских скоростях — еннхротронного излучения. Если эл-н, движущийся в прозрачной для эл.-мвгн. волны среде (или в замедляющей системе), имеет скорость, ббльшую, чем скорость распространения эл.-маги. волны в данной среде, то он испускает эл.-магн. волны (черепковское излучение). Качественно объяснение этого явления сводится к тому, что эл-н при движении поляризует частицы среды, к-рые т. о. получают энергию поля приближающегося эл-на. При удалении эл-на поляризация прекращается и поляризованные частицы излучают полученную энергию. Излучённые с отд. участков траектории эл-на поля складываются в фазе под нек-рым углом к траектории движения, определяемым превышением скорости эл-на над скоростью волны в среде (см. Синхронизм электронов и волн). Если же скорость эл-на меньше скорости волны, то поля с отд. участков траектории взаимно уничтожаются и эл-н не излучает.
К важным видам излучения относятся также переходное излучение, появляющееся (напр., в резонаторе клистрона) при пролёте эл-нов мимо к.-л. тела или оседании на нём, и тормозное излучение, возникающее при торможении (рассеянии) в электрич. поле.
Использование разл. видов излучения для генерирования и усиления эл.-магн. колебаний основано на когерентном сложении излучений, при к-ром фазы отд, полей, излучаемых разными эл-нами, согласованы (см. Когерентность). Такое сложение возможно только при фазовой фокусировке эл-нов, приводящей к образованию сгустков эл-нов. Если излучение эл-нов «накапливать» в соответствующем устр-ве, напр. резонаторе или замедляющей системе, и использовать для фазовой фокусировки эл-нов, то эл-ны начинают излучать когерентно, а само излучение получается более интенсивным. В этом случае возникает индуцированное излучение (вынужденное излучение), отличит, св-вом к-рого является коллективный, когерентный характер излучения ансамбля эл-нов. Индуцированное излучение широко используется в СВЧ ЭВП. Так, в ЛЕВ, ЛОВ используется индуцированное черенковское излучение, в клистронах — индуцированное переходное излучение, в электронных приборах с криволинейными траекториями эл-нов (мазерах на циклотронном резонансе) — индуцированное циклотронное излучение.
Задачи, связанные с описанием процессов взаимодействия Э. п. с эл.-магн. полем, являются самосогласованными (движение эл-нов согласовано с полем, а поле согласовано с движением). Поэтому при описании этих процессов уравнения Максвелла и уравнения движения эл-нов решаются совместно. Тип согласованного взаимодействия, его параметры (кпд, уровень усиления сигнала, широкополосность и т. д.) в каждом конкретном случае могут зависеть от мн. факторов: соотношения между периодом колебаний эл.-магн. поля, временем пролёта эл-нов и частотой следования электронных сгустков через область, занятую полем (см. Электронов угол пролёта); пространств, распределения пост, и перем. полей, действующих на эл-ны; напревления распространения Э. п. и эл.-магн. волн; характера движения эл-иов (прямолинейные или криволинейные траектории); плотности пространств, заряда эл-нов; синхронизма эл-нов и волн; способа фазировки эл-нов и др. Например, при совпадении направления распространения Э. п. и электромагнитной волны осуществляется т. н. взаимодействие на прямой волне, при противоположных направлениях — взаимодействие на обратной волне. Значительно более многообразны нелинейные преобразования сигнала электронным потоком, поскольку именно Э. п. является активным нелинейным элементом ЭВП. Процессы в теком элементе существенно зависят от мощности сигнала: с ростом мощности быстрее уменьшается скорость зл-нов при усилении сигнала, в Э. п. образуются плотные сгустки эл-нов и т. д., что приводит к нелинейности амплитудной характеристики ЭВП. При гармонич. входном сигнале с частотой to нелинейность амплитудной характеристики и наличие связанной с торможением зл-нов фазоамплитудной зависимости приводят (помимо очевидного ограничения выходной мощности) к изменению фазы сигнала на выходе усилит. ЭВП при изменении входной мощности, а также к появлению гармоник сигнала на частотах 2ш, 3«> и т. д. Последнее явление иногда используется для умножения частоты сигнала, однако чаще нелинейные эффекты в Э- п. являются вредными и приводят к искажению сигналов. Эти искажения качественно имеют тот же характер, что и в др. нелинейных усилителях или нелинейных системах вообще, но их величина существенно зависит от вида взаимодействия Э. п. с эл.-магн. полем, используемого в ЭВП. При нелинейном усилении многочастотного сигнала с дискретным спектром частот ил, oia, —, to„ возникают комбинац. составляющие с частотами miu>i-f-m2«02-f-—+mnwn(m,=0, ±1, ±2, ...), a спектр сигнала, как правило, расширяется; амплитудно-модулированные сигналы приобретают также паразитную фазовую модуляцию; происходит нелинейное искажение фронтов импульсных сигналов и т. д.
Возбуждение колебательны! систем электронным лото-ком. Взаимодействие Э. п. с эл.-магн. полями лежит также в основе возбуждения резонаторов, замедляющих систем и др. электродинамич. систем электронных приборов. Описание этого вида взаимодействия зависит от свойств системы. Напр., в колебат. системе (колебательном контуре, объёмном резонаторе и др.), имеющей дискретный спектр собств. частот ыш (s=1, 2, -..), возбуждаемое током заданной частоты ш эл.-магн. поле Е(х, у, г, t), Н(х, у, г. t) можно представить в виде суммы квазистатич. потенциального электрич. поля, связанного с пространств, зарядом, и вихревого эл.-магн. поля, представляемого в виде разложения по собств. ф-циям колебат. системы. Для интенсивного возбуждения определённых видов колебаний (мод колебаний) в резонаторе необходимо, чтобы собств. частота этих колебаний совпадала с частотой заданного конвекционного тока Э. п. (условие резонанса) и ток был направлен вдоль вектора напряжённости электрич. поля в области максимума этого поля. Обычно интенсивным является -только один резонансный вид колебаний, а остальные дают нерезонансный фон, определяющий т. н. динамич. поправки к квазистатич. полю Е(х, у, z); в ряде случаев нерезонансный фон становится существенным, приводя, напр., к возникновению неустойчивости Э. п. (в резонаторах с гофрированной стенкой).
Аналогичные закономерности характерны и для возбуждения электронным потоком волноводнык и замедляющих систем, однако вместо резонанса во времени в таких системах оказывается существенным резонанс в пространстве — совпадение волновых чисел волн тока и эл.-магн. волн системы.
Флуктуации в влектронных потоквж. К флуктуациям в Э. п. относятся случайные изменения характеристик Э. п. (плотности тока, плотности заряда и т. п.) и их эл.-магн. полей .
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, электронно-оптич. прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 10' раз) увеличенного изображения объектов, полученного с помощью пучков электронов, ускоренных до больших энергий (30—100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума. Первый магн. просвечивающий Э. м. (ПЭМ) был создан в 1926 нем. учёными М. Кноллем и Э. Руской. В 1938 М. фон Арденне (Германия) и в 1942 В. К. Зворыкин (США) построили первые растровые Э. м. (РЭМ), работающие по принципу сканирования (развёртывания), т. е. последовательного от точки к точке перемещения тонкого электронного пучка (зонда) по объекту. По разрешающей способности Э. м. в неск. тысяч раз превосходят обычные световые микроскопы; так, предел разрешения (характеризующий способность оптич. прибора отобразить раздельно мелкие, максимально близко расположенные детали объекта) у ПЭМ составляет 0,2—0,3 нм, а при фотографировании периодич. структур, напр. кристаллографических, удается реализовать разрешение менее 0,1 нм.
Изображение типичного ПЭМ с высокой разрешающей способностью приведено на рис. 1. В его оптич. системе создаётся глубокий вакуум (10~ Па). Пучок эл-нов, испускаемых накалённым катодом, формируется электронной пушкой и затем дважды фокусируется конденсорами, в результате на объекте создаётся электронное «пятно», диаметр к-рого можно менять в пределах от 1 до 20 мкм. После прохождения сквозь объект наблюдения часть эл-нов рассеивается и задерживается апертурной диафрагмой; нерассеянные эл-ны проходят через отверстие диафрагмы и фокусируются объективом в предметной плоскости промежуточной линзы — здесь образуется первое увеличенное изображение. Последующие линзы создают второе, третье и т. д. изображения; последняя, проекционная, линза формирует изображение на флюоресцирующем экране, к-рый светится под воздействием эл-нов. Характер рассеяния эл-нов неодинаков в разл. точках объекта, т. к. толщина, плотность и хим. состав в-ва разных участков объекта различны. Соответственно изменяется число эл-нов, прошедших через апертурную диафрагму, а следовательно, и свечение отд. точек экрана. При фотографировании экран убирается и эл-ны воздействуют на светочувствит. слой фотопластинок, расположенных под экраном. Фокусировка изображения осуществляется плавным изменением тока, возбуждающего магн. поле объектива Э- м. Величина ускоряющего напряжения определяет толщину объекта, к-рую можно «просветить» электронным пучком; при напряжении 100 кВ изучению доступны объекты толщиной от единиц до неск. сотен нм.
ПЭМ, как правило, используется в качестве универсального прибора многоцелевого назначения. С помощью дополнит, устр-в и приспособлений объект исследования можно располагать в разных плоскостях, нагревать, охлаждать, деформировать. В ПЭМ можно наблюдать поверхность объекта, осуществлять электронографии, исследования структур тонких пленок и др.
Для науч. исследований, при к-рых не требуется высокая разрешающая способность, а также при исследованиях с учебной целью и т. п. применяются ПЭМ упрощённой конструкции (их оптич. система содержит один конденсор и 2—3 линзы для увеличения изображения объекта) с меньшим ускоряющим напряжением (60—80 кВ); такие ПЭМ имеют предел разрешения 0,6—1,5 нм. Для исследования объектов толщиной до 1—10 мкм (напр., в биологии и медицине) применяют ПЭМ с повышенным ускоряющим напряжением (до 200 кВ) и сверхвысоковольтные Э. м. с ускоряющим напряжением 1—1,5 и 3 MB. Разрешающая способность таких Э. м. в 10—20 раз выше, чем у обычных 100-киловольтных ПЭМ.
Наибольшее применение в науч. исследованиях в области микроэлектроники получили растровые Э. м. В РЭМ электронный пучок, сформированный электронной пушкой, ускоряется до энергии в 30—50 кэВ и при помощи 2 или 3 электронных линз фокусируется в узкий электронный луч (зонд) . Магн. отклоняющая система развёртывает зонд по заданной площади на объекте. В основе растровой электронной микроскопии лежат фиэ. явления, наблюдающиеся при бомбардировке твёрдого тела эл-нами; в результате взаимодействия эл-нов с поверхностью объекта возникает неск. видов излучений : вторичные и отраженные эл-ны; эл-ны, прошедшие сквозь объект; рентгеновское излучение (тормозное и характеристическое); оптическое излучение и др. Любое из этих излучений может быть преобразовано соответствующим детектором (датчиком) в электрич. сигналы, к-рые после усиления подаются на ЭЛП и модулируют его луч. Развёртка луча в ЭЛП синхронизирована с развёрткой зонда в РЭМ, и на экране ЭЛП наблюдается увеличенное изображение объекта. Фотографируют изображение объекта непосредственно с экрана ЭЛП. Осн. достоинство РЭМ — высокая информативность, обусловленная возможностью наблюдать изображение, используя сигналы разл. детекторов. С помощью РЭМ можно, напр., исследовать микрорельеф подложек, изучать дефекты р—поперек о дов, выполнять рентгеновский структурный анализ, обнаруживать дефекты в структурах ИС, исследовать распределение магн. и электрич. полей по поверхности объекта.
Просвечивающие растровые Э. м. (ПРЭМ) обладают столь же высокой разрешающей способностью, как и ПЭМ. В Э. м. этого типа применяются электронные пушки с автоэмиссионным катодом, обеспечивающие достаточно большой ток • зонде малого диаметра (0,2—0,3 нм). Под объектом исследования помещаются детекторы — центральный и кольцевой На первый попадают эл-иы, прошедшие сквозь объект (нерессеянные), на •торой — рассеянные. Сигналы с центр, детектора после усиления подаются на ЭЛП, на экране к-рого появляется т н. светлопольное изображение; эл-ны, собранные кольцевым детектором, также преобразуются в электрич. сигналы, к-рые после усиления создают на экране ЭЛП т. н. темнопольное изображение. С помощью анализатора энергии эл-ны, прошедшие сквозь объект, разделяются на упруго- и неупругорассеянные лучки. Каждый пучок попадает на свой детектор, и на экране ЭЛП появляется соответствующее изображение, содержащее дополнит, информацию о рассеивающих св-вах объекта. В ПРЭМ можно исследовать объекты более толстые, чем в ПЭМ, т. к. возрастание числа неупругорассеянных эл-нов с увеличением толщины объекта не влияет на разрешение прибора. Высокая разрешающая способность в ПРЭМ достигается при медленных развёртках, что объясняется нек-рой недостаточностью тока в зондах малого диаметра.
В Э.м смешанного типа сочетаются принципы формирования изображения с неподвижным пучком (как в ПЭМ) и сканирования тонкого зонда по объекту (как в РЭМ), что позволяет реализовать в таком Э. м. преимущества ПЭМ, РЭМ и ПРЭМ. Во всех совр. ПЭМ предусмотрена возможность наблюдения объектов ш растровом режиме (с помощью конденсорных линз и объектива, создающих уменьшенное изображение источника эл-нов, к-рое сканируется по объекту). В результате кроме изображения объекта, полученного на экрене Э. м. с помощью неподвижного пучка эл-нов, получают также растровые изображения объектов на экранах ЭЛП с использованием прошедших и вторичных эл-нов, характеристич. рентгеновские спектры и т д.
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, изделия электронной техники, предназначенные для генерирования усиления или преобразования эл.-магн сигналов раэл видов, а также для управления напряжениями и токами во внешних по отношению к ИЭТ электрич цепях. Работа Э п основана на взаимодействии свободных нли связанных элементарных носителей электрич заряда со статич электрич и магн полями или с переменными эл магн полями, включая поля атомов и молекул. Рабочей средой, в к-рой протекает это взаимодействие, может быть вакуум газ или твёрдое тело (гл обр полупроводник) Соответственно различают вакуумные, газоразрядные Э п (см. Электровакуумные приборы) и твердотельные Э п , наиболее обширный класс к-рых состевляют полупроводниковые приборы К Э п в широком смысле относятся также функционально законченные устр-ва разл уровней интеграции содержащие большое число связанных между собой радиоэлектронных элементов и компонентов (диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов и т д), если их изготовление основано на приёмах электронной технологии Важнейшие из таких устр-в — изделия микроэлектроники (см также Интегральная схема. Микропроцессор). К Э п относят и др. приборы и интегральные устр-ва, работа в к рых происходит с помощью взаимодействия связанных носителей электрич заряда с анеш полями (напр., акустозлектронные приборы) В зависимости от назначения Э п подразделяются на генераторные, усилительные, преобразовательные, управляющие и др Диапазон рабочих частот Э. п простирается от нуля (пост ток) до частот рентгеновского участка спектра эл-магн волн (--101 Гц), значения рабочих мощностей — от уровня сверхмалых тепловых шумов до неск. мВт Начало развития Э. п связано с открытием электрона, раэл видов электронной эмиссии, изобретением лампового диода (английский учёный Дж. А. Флеминг, 1904) и триода (американский радиоинженер Л де Форест 1906). В 1-й пол 20 в разрабатывались в основном ЭВП— электронные лампы, электронно-лучевые приборы, рентгеновские трубки, фотоэлектронные приборы,— обеспечившие бурное развитие радиотехники, автоматики, телемеханики и др. областей науки и техники Создание ЭВП СВЧ (магнетронов, клистронов и др) сыграло решающую роль в развитии радиолокации Одновременно с разработкой вакуумных Э п создавались и совершенствовались газоразрядные приборы, напр. тиратроны, используемые для формирования мощных импульсов электрич. тока в устр-вах импульсной техники. Дальнейшее развитие Э п шло по пути создания и всё более широкого применения приборов полупроводниковой электроники (ПП диодов, транзисторов, ИС, БИС, СБИС, микропроцессоров) и квантовой электроники (лазеров, квантовых усилителей, квантовых генераторов). Совр. Э. п. находят применение в устр-вах связи, автоматики, вычислит, техники, энергетики, измерит, техники, в пром., медицинских и бытовых приборах и установках, аппаратуре для научных исследований и т. д.
ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ЭОП), вакуумный фотоэлектронный прибор, предназначенный для преобразования не видимого глазом оптич. изображения объекта (в ИК, УФ лучах), а также рентгеновского изображения в видимое и (или) служащий для усиления яркости видимого изображения. Обычно состоит из фотокатода, электронно-оптической системы (ЭОС) и ка-тодолюминесцеитного экрана. Фотокатод преобразует первичное оптич. изображение (ОИ) в т. н. электронное изображение (ЭИ), к-рое с помощью ЭОС переносится на экран, где, в свою очередь, преобразуется в световое (видимое) ОИ. В ЭОП под действием излучения от объекта с поверхности фотокатода эмитируются эл-ны (фототок), причём величина фототока с разл. участков фотокатода изменяется в соответствии с распределением плотности спроецированного на иего изображения (см. Фотоэлектронная эмиссия). Фотоэлектроны, ускоренные и сфокусированные полем ЭОС, бомбардируют экран, вызывая его люминесценцию. Интенсивность свечения отд. участков экрана зависит от плотности фототока, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта.
Простейший ЭОП состоит из двух плоских параллельных электродов — фотокатода и экрана, между к-рыми приложено напряжение (рис. 1, а). В однородном электростатич. поле такого ЭОП по существу отсутствует фокусировка эл-нов (движение эл-нов происходит по параболам, параметры к-рых определяются начельными скоростями эл-нов). Для обеспечения фокусировки эл-нов ЭОП с однородным электростатич. полем помещают в однородное магн. поле, направление к-рого совпадает с направлением элект-_ оич. поля. При этом исходящие из отд. точек катода эл-ны движутся не по расходящимся параболам, а по периодически сходящимся спиралям (рис. 1,6). Применение иммерсионных электростатических линз позволяет получать хорошее ЭИ и без использования магн. поля (рис. 1,а).
Усиление яркости ОИ в ЭОП достигается как в результате сообщения эл-нам дополнит, ускорения, так и зв счёт сжатия ЭИ; при >том яркость дополнительно возрастает в 1 /Г' (где Г — электронно-оптическое увеличение). Для усиления яркости применяют многокаскадные ЭОП, представляющие собой последоват. соединение неск. отд. ЭОП; при этом световой поток с экрана первого ЭОП направляется на фотокатод второго и т. д. Многокаскадные ЭОП обычно выполняют в единой вакуумно-плотной оболочке, причём толщина прозрачной перегородки между каскадами не должна превышать 5—10 мкм, во избежание существ, потерь разрешающей способности. Применение волоконно-олтических пластин (см. Волоконно-оптические элементы) позволяет соединять отд. ЭОП путём непосредственного оптич. контакта между поверхностями пластин (рис. 2). В каскадных ЭОП достигается предельное усиление яркости, когда на выходном катодолюминесцеитном экране регистрируются отдельные, эмитируемые фотокатодом, эл-ны. Усиление яркости, близкое к предельному, получают в ЭОП с микроканальнои пластиной (ДАКП) — стеклянной пластиной, содержащей неск. миллионов параллельных каналов (диам. 10—15 мкм), к торцам ч-рой приложено напряжение ок. 1 кВ. В таком ЭОП ЭИ совмещается с входной поверхностью МКП и разбивается каналами на элементы. Электронный поток каждого элемента, проходя по каналам, умножается при соударении эл-нов со стенками каналов благодаря вторичной электронной эмиссии в 10J—t О4 раз (см. также Вторично-злект-ронный умножитель). С выходной поверхности МКП усиленное (по плотности) ЭИ переносится на экран
В рентгеновских ЭОП теневое рентгеновское изображение объекта преобразуется с помощью входного рентгенолюминесцентного экрана в первичное световое ОИ, к-рое затем преобразуется фотокатодом (находящимся с этим экраном в оптич. контакте) в ЭИ. ЭОС рентгеновского ЭОП сжимает ЭИ (примерно в 10 раз) и фокусирует его на катодолюминесцентиый экран, на к-ром возникает вторичное световое ОИ, в 10* раз более яркое, чем первичное.
Осн. параметры ЭОП: интегральная чувствительность (ИЧ; отношение фототока к величине падающего на фотокатод светового потока) определяется гл. обр. св-вами используемого в ЭОП фотокатода (напр., у ЭОП с кислородно-серебряно-цезиевым катодом, применяемого для преобразования изображения в ИК лучах с длиной волны до 1,3 мкм, ИЧ достигает 50 мкА/лм; многощелочной фотоквтод, состоящий из соединений Sb с С$, К и Na, используемый в ЭОП для усиления яркости
видимого изображения, обеспечивает ИЧ до 400 мкА/лм), разрешающая способ-ность (определяемая макс, кол-вом раздельно видимых пар чёрно-белых штрихов изображения на единице длины) составляет 25—60 мм~ н более; коэффициент преобразования (отношение излучаемого экраном светового потока к световому потоку, падающему на фотокатод) достигает у однокамерных ЭОП неск. сотен, у каскадных — 5-Ю4 и более. Временнбе разрешение совр. ЭОП до 10™ с.
Принцип работы ЭОП был описан голландскими учёными Г. Холстом и Я. X. де Буром в 1934. В дальнейшем большой вклад в разработку ЭОП разл. типов внесли амер. исследователи В. К. Зворыкин и Г. Мортон и сов. ученые Л. А. Арцимович, Е. К. Эавойский, П. В. Тимофеев, М. М. Бутслов и др.
ЭОП широко применяются в ИК технике, спектроскопии, медицине, микробиологии, ядерной физике, астрономии и др. областях науки и техники. Их используют при микроскопии, исследованиях, для наблюдения малоконтрастных и слабоосвещенных объектов, наблюдения в темноте (при освещении объектов ИК лучами) и т. д. Простота управления ЭИ позволила создать ЭОП для регистрации сверхкоротких процессов со световым, рентгеновским и корпускулярным излучением. Рентгеновские ЭОП находят широкое применение в медицинской и пром. рентгенотехнике.
ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, совокупность электрич. и магн. полей, образованных электродами с заданными потенциалами и магн. цепями, содержащими источники магн. поля и магнитопроводы, создающаэлектронный пучок за денной конфигурации; устройство для образования таких полей. Э.-о. с. обычно состоит из электронной пушки (электронного прожектора), фокусирующего устр-ва, отклоняющей системы и коллектора (приёмника) эл-нов. Различают Э.-о. с. для формирования пучков ЭЛП, ЭВП СВЧ и установок электронно-лучевой технологии.
Э.-о. с. ЭЛП формируют неинтенсивные электронные пучки с угловыми апертурами ок. Г и площадью электронного пятна на экране (мишени), составляющей 10~ —10— от площади экрана. Простейшая Э.-о. с. ЭЛП содержит только электронный прожектор и отклоняющую систему. В зависимости от назначения Э.-о с и требований к параметрам ЭЛП кол-во элементов системы и их устр-во могут быть различны. Для юстировки (центровки) пучков в электронных линзах или отклоняющих системах, ствтич. или динамич. сведения пучков в много прожекторных Э.-о. с, исправления аберраций отклонения и др. используют корректирующие системы, или корректоры (рис. 1). Часто один элемент Э.-о. с. выполняет неск. функций (напр., отклонение электронных пучков и их одноврем. сведение на экране в цветном кинескопе). Согласованная работа всех элементов Э.-о. с. ЭЛП обеспечивает требуемые разрешающую способность по всей поверхности экрана и качество изображения (или параметры выходного электрич. сигнала), а также сводит к минимуму геометрии, искажения изображения.
Типичная Э.-о. с, формирующая интенсивный пучок ЭВП СВЧ (рис. 2), содержит ряд областей, через к-рые последовательно проходят эл-ны. В области электронной пушки происходит ускорение эл-нов и начальное формирование электронного потока. В первой переходной области Э.-о. с. эл-ны попадают в фокусирующее поле. Если для фокусировки применяется магн. поле, то эл-ны приобретают вращат. составляющую скорости. В регулярной области на эл-ны может действовать продольное однородное магн. поле, к-рое обусловливает направленную к оси (фокусирующую) составляющую силы, препятствующую расширению потока под действием сип пространств, заряда, либо последовательность сильных электронных линз, осуществляющих магнитную периодическую фокусировку или электростатическую фокусировку. Регулярная область обычно совмещенв с электродинамической системой прибора, в ней происходит взаимодействие пучка с ВЧ полем. Во второй переходной области Э.-о. с. действие фокусирующего поля прекращается (в случае мвгн. поля прекращается и вращение пучка) и пучок начинает расширяться. Расширяющийся пучок поступает в область коллектора, где заканчивается движение эл-нов, вылетевших с катода. Важнейшими параметрами Э.-о. с. являются токолрохождение, коэф. заполнения (отношение ср. диаметра пучка в регулярной области
к диаметру пролётного канала), а также первеанс и компрессия потока в электронной пушке. О магн. цепи Э.-о. с. см. в ст. Магнитное фокусирующее устройство.
Э.-о. с. технологич. установок (нагрева, напыления, сварки и др.) предназначены для направления электронного пучка заданного поперечного сечения и мощности на образец или деталь. Обычно не предъявляется жёстких требований к размерам пучка в области фокусировки, для к-рой применяют элечтростатич. или магн. линзы. Гл. сложность при создании и эксплуатации таких Э.-о. с. — защита катода от запыления материалами, подвергаемыми иагреву, е также от ионной бомбардировки. Распространены Э.-о. с, в к-рых пучок отклоняется на большой угол (90—180°) при помощи поперечного магн. поля (рис. 3). Регулировка положения и тока пучка осуществляется соответственно изменением тока отклоняющего электромагнита и тока накала.
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРИБбРЫ [ЭЛП]. ши-
роки и класс электровакуумных приборов, отличит, особенностью к-рых является использование потока электронов, сфокусированных в узкий пучок (электронный луч), управляемый по интенсивности и по положению в пространстве и взаимодействующий с мишенью (экраном) прибора. Электронный пучок формируется и управляется по интенсивности электронным прожектором, изменение положения пучка на мишени производится отклоняющей системой (рис.). В зависимости от физ. св-в мишени ЭЛП осуществляют разл. преобразования информации, представленной в форме электрич. или световых сигналов.
ЭЛП, в к-рых отклоняемый по определ. закону пучок (см. Развёртка) вызывает локальное свечение экрана илн меняет к.-л. олтич. св-ва мишени (светопропускание, отражение и т. п.), преобразуют временную последовательность электрич. сигналов в видимое двухмерное изображение и составляют группу электронно-лучевых приборов отображения информации, или приёмных электроннолучевых приборов. Осн. представителями приборов этой группы являются: кинескоп —- гл. элемент телевиэ. приёмников; индикаторный электроино-лучевой прибор, отображающий данные в радиолокац. системах, дисплеях ЭВМ и т. п.; осциллографический электронно-лучевой прибор, широко используемый в измерит, технике. В качестве материала мишеней приемных ЭЛП используются либо в-ва, излучающие свет при электронном возбуждении (напр., люминофоры), либо, как в светоклаланных электроннолучевых приборах, управляемые пучком светомодулирую-щие срвды. Информация отображается либо непосредственно на экране электронно-лучевого прибора, либо (при использовании проекционных электронно-лучевых приборов) на отд. отражающем или просветном экране. Запоминающие электронно-лучевые приборы с видимым изображением обладают способностью длит, время воспроизводить однократно записанную информацию.
ЭЛП, в к-рых мишень меняет свои электрич. св-ва (напр., электропроводность) под действием света илн эл-нов, эмитируемых отделённым от неё фотокатодом, преобразуют спроектированное на них оптич. изображение в последовательность электрич. сигналов и составляют группу передающих электронно-лу чевых приборов, используемых на передающем конце телевиэ. систем. Их действие основано на зондировании отклоняемым электронным пучком постоянной интенсивности (см. Сканирование) локальных изменений в состоянии мишени, обусловленных световым изображением.
Третью группу ЭЛП составляют электронно-лучевые преобразователи электрических сигналов, мишень к-рых является промежуточным элементом (запоминающим или незапоминающим), преобразующим при взаимодействии с одним или двумя электронными пучками последовательность входных электрич. сигналов в моднфицир. последовательность выходных электрич. сигналов в процессах записи и считывания информации.
Прообразом приёмных ЭЛП с люминесцентным экраном явились лабораторные приборы, использовавшиеся в кон. 19 в. при изучении «катодных» (электронных) лучей. Сходный прибор предложил использовать в 1907 в России Б. Розииг в качестве приёмного устр-ва в своем проекте телевиз. системы. Однако началом развития ЭЛП принято считать нач. 30-х гг. 20 в., когда были созданы первые осциллографич. ЭЛП, первые кинескопы и передающие ЭЛП с использованием принципа нвкопления заряда на мишени. Толчком к созданию индикаторных ЭЛП явилось применение радиолокации во 2-й мировой войне. Развитие принципа накопления зарядов привело в 50-х гг. к созданию первых запоминающих преобразователей электрич сигналов для радиолокации и вычислит, техники, а также запоминающих индикаторных н осциллографич. ЭЛП (в США, Франции, СССР и др. странах). В это же время были разработаны первые цветные кинескопы.
Такие качества ЭЛП, как высокое быстродействие, большая информац. ёмкость и высокая эффективность преобразования энергии, обусловили их широкое применение в разл. областях электроники (в тех случаях, когда требуется отображение и преобразование большого объёма информации в реальном масштабе времени).
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, устройство длв формирования электронного пучка (потока). Содержит источник эл-нов (катод), ускоряющий электрод (аиод), а также др. электроды, создающие необходимое для формирования пучка распределение злектрич. поля. Э. п. применяют в раз л. электровакуумных приборах, установках электроннолучевой технологии (см. Электронно-оптическая система) и др. Существует большое разнообразие типов, конструкций и режимов работы Э. п. Форма и расположение электродов Э. п. определяют параметры электронного пучка, в частности величину его первеанса Р. Э. п. для формирования неинтенсивиого потока (P<SClO~~fl АВ~ ) обычно комбинируют с электродами, образующими фокусирующую линзу, или др. элементами электронно-оптич. системы; такое устр-во наз. электронным прожектором. Осн. типом Э. п. для формирования интенсивного по тока (Р;§>10~~ АВ ' ) является т. н. пушка Пирса, в к-рой при помощи электродов, расположенных вне электронного потока, на его границе создаётся распределение потенциала, как в диоде (плоском, сферическом или цилиндрическом), а нормальная составляющая напряжённости электрич. поля на этой границе равна нулю. Для формирования электронного потока пушкой Пирса достаточно иметь три электрода (катод, фокусирующий электрод, имеющий потенциал катода, и анод) и ускоряющую разность потенциалов между анодом и катодом (анодное напряжение). Используя плоский диод, можно построить Э. п. с параллельным потоком . Наличие отверстия в аноде изменяет структуру электрич. поля, и на входе в пролётный каиал образуется сильная рассеивающая электрич. линза. В подавляющем большинстве приборов установлены Э. п. со сходящимся потоком, в частности пушка Пирса сферического типа, образованная из части сферич. диода, а также её модификации.
В таких Э. п. на нек-ром расстоянии от анода наблюдается кроссовер—сечеиие с мин. радиусом пучка (гмин) и нулевыми радиальными составляющими скоростей эл-нов. Наличие кроссовера — необходимое условие формирования пучка в мин. магн. поле , а также в системах магнитной периодической фокусировки и электростатической фокусировки. Отношение плотности тока в кроссовере к плотности тока катода, наз. компрессией, является одним из гл. параметров Э. п. При равномерной плотности тока компрессия определяется как {гк/г„ыи)г, где г„ — наружный радиус катода. Наибольшее распространение получили Э. п. с компрессией 20—50 (у отд. Э. п. компрессия достигает неск. сотен). С увеличением компрессии возрастают трудности ввода пучка в фокусирующее поле. С ростом первеанса макс, достижимая компрессия снижается. Полученная из расчётов полей сложная форма электродов Э- п. заменяется более простой в технологич. отношении формой с цилиндрич. или конусными поверхностями. Кроме того, применяются Э- п., рассчитанные на основе теории синтеза электронных потоков (В. Т. Овчаров, СССР, 1956). При расчётах Э. п. в этом случае задаётся вид траекторий эл-нов от катода до кроссовера и отыскивается форма эквипотенциальных поверхностей, к-рую берут за основу при проектировании электродов. Э. п. для формирования трубчатых пучков содержит катод в виде кольца или части тороида. Отверстие в аноде либо круглое, либо имеет вид кольцевой щели. В случае внешнего (по отношению к пучку) анода получают т. н. полый пучок (см. также Л4агиетронная пушка и Адиабатическая пушка). Для получения ленточных пучков применяют Э п Пирса с параллельным потоком (с катодом прямоугольной формы) и Э. п. цилиндрич. типа со сходящимся потоком, образованные из части цилиндрич Диода . Э. п. для формирования многолучевых электронных потоков содержат совокупность расположенных в определённом порядке катодов и аиод с соответствующим образом расположенными отверстиями. Применяются также многоэлектродные Э. л : с дополнит, анодом, изолированным от электродииамич. системы прибора, к-рые обеспечивают независимую регулировку тока и энергии эл-нов; с модуляцией тока посредством изменения напряжения между катодом и фокусирующим электродом, сеткой (см. Сеточное управление) или спец. штырём, расположенным в центре катода, к-рые позволяют значительно снизить управляющее (модулирующее) напряжение.
Конструкция Э. п определяется в первую очередь условиями эксплуатации прибора, анодным напряжением и типом фокусирующего устр-ва. Гл. обр. от конструкции и технологии изготовления Э. п. зависят такие её важные эксллуа-тац. параметры, как надежность, долговечность, экономичность, время готовности (определяемое как время достижения заданного уровня тока). Осн. сложности создания надежной конструкции Э- п связаны с тем, что в неё входит разогреваемый до высокой темп-ры катодно-подогрева-тельный узел, выполненный иэ тугоплавких металлов (Мо, VV и др.)* обладающих плохой свариваемостью и коэф. термич расширения, значительно меньшим, чем у оси конструкц. материалов (нержавеющей стали, Си и др.). Для Э п. с анодным напряжением ев 5—10 кВ распространены конструкции с цилиндрич. изолятором , к-рый является частью вакуумно-плотиои оболочки прибора (см. Ale-тал локера ми ческое вакуул но-плотмое соединение). Форма и материалы электродов выбираются такими, чтобы можно было обеспечить не только требуемые Значения элект-ронно-оптич. параметров Э п, но и высокую электрич прочность. Э п. ЭВП перекрывают диапазон по току от 1(Г~ до 10 А, напряжений — от десятков В до сотен кВ, плотность мощности в пучке достигает 10' Вт см , пер-веанс обычно составляет (0,3—1,5) 10~~* АВ~~
Осн. особенности Э. п. технологических установок (для сварки, плавки металлов, напыления и т. д.), применяемых в электронном приборостроении, связаны со значит выделением газов при нагревании в-в и, как следствие, со сравнительно малым сроком службы катода (от десятков до сотен часов). Конструкции таких Э. п — разборные (предусмотрена возможность быстрой смены катодиого узла), для уменьшения ионной бомбардировки катода применяется т. н. дифференциальная откачка. Разборные Э. п. имеют металлич. термокатоды (из W или Та), пря-монакальные или с электронным разогревом; первеаис таких Э. п. достаточно высокий, типичный для интенсивных пучков. В установках электронно-лучевой литографии применяют Э. п. с прямонакальным боридлантановым катодом, имеющим малые геометрич. размеры Эмитирующего участка.