Space-charge dynamics in microdiodes

Abstract

Space-charge limited emission in vacuum microdiodes can go through transverse modulation under certain conditions. The frequency of this modulated current is in the terahertz band and it can be tuned by changing either the the gap spacing or the gap voltage of the diode. Doing the latter is the preferred mode of operation during the simulations which we did. As the power of such diode radiators would be very small, we coupled arrays of such diodes and showed that such an array, which synchronizes itself, can give powerful enough radiation for practical usage. For the emission process, it was first assumed that electrons would be emitted with zero initial velocity, as such an assumption is readily used in most emission calculations in the room temperature range. To further the research, we assumed non-zero initial velocities for the photoemitted electrons and found that, although, not without effect, the non-zero initial velocity does not significantly reduce the power of the radiator. The spatial structure of the beams was examined as well. Finally, a code for simulation of the space-charge effects in solar cells was tested, and although at present no claims can be made about these effects, the code proved to be a very good tool which replicated results from experiments and theory alike. Further experimental research on the detection of space-charge limited currents and the associated Coulomb oscillations is needed.

Losun rafeinda frá díóðu í lofttæmi getur orðið fyrir láréttri mótun undir vissumskilyrðum. Tíðnin á þessum mótaða straumi getur verið á terahertz tíðni sviðinuog hægt er að stilla hana með því að breyta fjarlægð díóðu frá skauti og spennuniþar á milli. Seinni kosturinn er ákjósanlegri og sá möguleiki rannsakaður hér meðtölvulíkani.Aflið frá einni díóðu er frekar lítið og því eru mörgum díóðum raðað upp. Díóð-unar samstilla sig og geta saman gefið frá sér nóg afl til að verahagnýtanlegar. Ílosunar ferli rafeindana var fyrst gert ráð fyrir að þær hefðu engan upphafshraða.Slík nálgun er oft gerð jafnavel við herbergishita. En til aðganga lengra gerðumvið ráð fyrir að upphafshraða fyrir rafeindirnar og fundum að hann minnkar ekkimikið aflið. Dreifing rafeinda geislans var líka skoðuð. Í lokinn var tölvulíkanifyrir sólarrafhlöður notaður til að skoða áhrif hleðslannaá starfrækslu rafhlöðunn-ar. Kóðinn reyndist vera ágæt tæki og gat hermt eftir niðurstöðum úr tilraunum ogsvipuðum líkönum. Frekari rannsóknar er þörf á mettunar strauminn og Coulombsveiflunum í slíkum kerfum.