Moderne Vakuumelektronik: Grundlagen, Bauelemente, Technologie

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.