Ukrainian
Summary:Вакуумна мікро- та наноелектроніка виникнула в результаті взаємодії вакуумної електроніки з добре розвиненою мікро- і нанотехнологією. Твердотільні технології дозволили зменшити розміри структури і, отже, пристроїв. З іншого боку, електрони у вакуумі можуть переміщатися набагато швидше при меншій дисипації енергії, ніж в будь-якому напівпровіднику, де розсіювання електронів відіграє важливу роль. Ці властивості дозволяють швидку модуляцію електронів і вищі енергії електронів, ніж у випадку напівпровідникових структур. Тому вакуумні мікро- та наноелектронні пристрої можуть працювати на більш високих частотах, з більш високою потужністю, і в більш широкому діапазоні температур, а також у середовищах з високою радіацією. Розміри пристроїв зменшились в область, де з’являються квантово-механічні ефекти і вони навіть стають домінуючими. Ці квантово-механічні ефекти важливі в сучасних і майбутніх пристроях твердотільної і вакуумної наноелектроніки. Характеристики пристрою можуть бути пристосованими для створення нових приладів, заснованих на нових фізичних принципах з важливими функціональними можливостями. Найбільш важливим фізичним процесом у вакуумній наноелектроніці є електронна польова емісія, тобто квантове тунелювання електронів через енергетичні бар’єри. Безперервний розвиток вакуумних наноелектронних пристроїв пов’язаний з дослідженнями та розробками нових ефективних польових емісійних катодів. Для реалізації бажаних електронних пучків у вакуумі наноструктуровані катоди з квантово-розмірними явищами інтенсивно досліджуються і розробляються. Нові квантові ефекти в електронних емісійних катодах і особливості електронного транспорту обумовлюють нові властивості електронного пучка і поліпшені параметри вакуумних наноелектронних пристроїв. Багато застосувань націлені на використання вузького електронного пучка з малим розкидом за енергією, високою густиною струму і високочастотною модуляцією електронної густини. Електронні емісійні катоди з квантово-механічними ефектами в катодах чи під час перенесення електронів є так званими квантовими катодами або квантовими джерелами електронів. Мета цієї книги полягає в описі фізичних процесів у нанокатодах з квантовими явищами, а також електронного транспорту через наноструктури у вакуумі. Вона також містить аналіз результатів наукових досліджень і розробок нових квантових електронних джерел, які визначатимуть майбутній розвиток вакуумної наноелектроніки. Розглянуто та проаналізовано також вплив квантових механічних ефектів на високочастотні вакуумні наноелектронні пристрої.
English
Summary:Vacuum micro- and nanoelectronics resulted from the interaction of vacuum electronics with the well-developed micro- and nanotechnologies. Solid-state technologies allowed miniaturizing the structures and consequently the devices. On the other hand, the electrons in vacuum can travel much faster with less energy dissipation than in any semiconductor where electron scattering plays an important role. These properties enable faster electron modulation and higher electron energies than with semiconductor structures. Therefore vacuum micro-nanoelectronic devices can operate at higher frequencies, higher power, and wider temperature range, as well as in high radiation environments. The device dimensions decreased into the range where quantum mechanical effects become start and even become dominant. These quantum mechanical effects are important in current and future devices based on solid-state and vacuum nanoelectronics. The device performance can be adapted to create novel devices based on new physical principles with important functionalities. The most important physical process in vacuum nanoelectronics is the electron field emission, i.e. quantum mechanical tunneling of electrons through the energy barriers. The continuous development of vacuum nanoelectronic devices is associated with researches and developments of novel efficient field emission cathodes. For the realization of desirable electron beams in vacuum the nanostructured cathodes with quantum size phenomena are intensively researched and developed. New quantum mechanical effects in electron emitting cathodes and electron transport cause the new properties of electron beam and improved parameters of vacuum nanoelectronic devices. Many applications aim at a tight electron beam with small energy distribution, high current density, and high-frequency electron density modulation. Electron emission cathodes with quantum mechanical effects in cathodes or during electron transport are so-called quantum cathodes or quantum electron sources. The purpose of this book is to describe the physical processes in nanocathodes with quantum phenomena as well as the electron transport through nanostructure into vacuum. It will also present and analyze the results on research and development of novel quantum electron sources that will determine the future development of vacuum nanoelectronics. The influence of quantum mechanical effects on high frequency vacuum nanoelectronic devices is also considered and analyzed.