Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/260986
Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Estudo e simulações computacionais das propriedades eletrostáticas associadas à forma hemisfério-sobre-um-poste de emissores de elétrons por efeito de campo, baseados no método de elementos finitos
Title Alternative: Study and computational simulations of electrostatic properties associated with the hemisphere-on-post geometry of field-effect electron emitters, based on the finite elements method
Author: Roveri, Davi Sabbag, 1982-
Advisor: Alves, Marco Antonio Robert, 1964-
Abstract: Resumo: Emissores de elétrons por efeito de campo têm sido exaustivamente estudados, tanto em suas as aplicações práticas como em seus aspectos geométricos. As aplicações são inúmeras, envolvendo desde microscopia eletrônica, amplificadores de radiofrequência, até displays do tipo FED. O conjunto dos processos de fabricação com a utilização de diferentes materiais produzem estruturas emissoras de diferentes formatos. As análises teóricas e simulações computacionais estudam as propriedades eletrostáticas de emissão de tais dispositivos aproximando-os a modelos geométricos, como por exemplo: hemisfério-sobre-um-poste (CNT), hemisfério sobre um cone (tipo Spindt) e hemi-elipsóide (nano-agulhas metálicas). No presente trabalho estudamos emissores de elétrons por efeito de campo caracterizados pela geometria hemisfério-sobre-um-poste e imersos em uma configuração diodo, nas situações de emissor-único, conjunto linear de 9 e um conjunto matricial com 9x9 emissores. O propósito deste estudo foi investigar como as propriedades eletrostáticas de emissão são afetadas pelos parâmetros geométricos dos dispositivos nas 3 situações acima citadas, visando otimizar os seus desempenhos de emissão. Com esta finalidade, utilizamos o software Ansys-Maxwell para modelar tais emissores e, então, realizar simulações computacionais (em duas e três dimensões ¿ 2D e 3D) baseadas no método de elementos finitos. Assim, a distribuição de campo elétrico foi calculada sobre toda a região computacional dos modelos para obter as demais propriedades eletrostáticas, como enriquecimento de campo e corrente. Os resultados obtidos com o modelo de emissor-único permitiram analisar informações discrepantes encontradas na literatura e forneceram argumentos para reavaliar e otimizar o limiar da distância de separação ânodo-substrato. Os resultados tanto para o modelo linear de 9 quanto para o matricial de 81 emissores mostraram o impacto indesejado do efeito screening sobre o desempenho de emissão dos dispositivos e levaram à otimização da relação de compromisso identificada entre a densidade de corrente emitida pelo dispositivo e sua respectiva densidade de emissores. Desta maneira, concluiu-se que o dispositivo atingirá sua máxima eficiência de emissão mesmo sem o efeito screening ter evanescido completamente

Abstract: Field effect electron emitters have been thoroughly studied, both in their practical applications as in their geometrical aspects. The applications are numerous, ranging from electronic microscopy, radiofrequency amplifiers up to FED type displays. The combination of manufacturing processes with the use of different materials produce emitting structures of different shapes. Both theoretical analyses and computational simulations study the emitting electrostatic properties by approximating such devices to geometrical models, for example: hemisphere-on-a-post (CNT), hemisphere-on-a-cone (Spindt type) and hemi-ellipsoid (metallic nano-needles). In this work we studied field effect electron emitters characterized by the hemisphere-on-a-post geometry and immersed into a diode configuration, within the situations of a single emitter, linear array of 9 emitters and matrix array of 9x9 emitters. The purpose of this study was to investigate how the emitting electrostatic properties are affected by the geometric parameters of the devices in the 3 situations mentioned above, aiming to optimize their emitting performance. To this end, we used the Ansys-Maxwell software to design such emitters and also to perform computational simulations (in two and three dimensions ¿ 2D and 3D) based on the finite elements method. Hence, the electric field distribution was calculated over the entire computational region of the models to obtain the other electrostatic properties such as field enhancement and current. The obtained results with the single emitter model allowed us to analyze disparate information found in literature, providing arguments to re-evaluate and optimize the threshold distance between anode and substrate. The results for both the 9-emitters linear array and the 81-emitters matrix array showed the undesired impact of the screening effect on the emission performance of the devices, leading to optimize the identified trade-off relationship between emitted current density of the device and its respective emitter density. Therefore, it was concluded that the device will reach its maximum emission efficiency even without the screening effect had been completely vanished
Subject: Método dos elementos finitos
Emissão de campo
Nanotubos de carbono
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

Files in This Item:
File SizeFormat 
Roveri_DaviSabbag_D.pdf2.4 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.