Помимо технологии создания тонкоплёночных катодов, были приведены результаты подробного исследования их характеристик; прежде всего эмиссионных характеристик, стабильности работы, шумовых свойств.

Важнейшими параметрами автоэмиссионных катодов являются коэффициент усиления поля на поверхности острия и эффективная площадь эмиссии. Коэффициент усиления поля β связывает напряжённость электростатического поля на поверхности острия с приложенным напряжением. (*)

Если пренебречь влиянием пространственного заряда эмитированных электронов, то такая связь должна быть линейной, поэтому коэффициент β зависит от геометрии системы и от положения точки наблюдения на поверхности острия. Для расчёта β можно использовать приближённые аналитические формулы или численные методы. В качестве примера на рис.5. приведена рассчитанная численно зависимость коэффициента усиления β от полярного угла для геометрических размеров, соответствующих катоду Спиндта. Как следует из рисунка, поле на поверхности острия практически не уменьшается вплоть до угла и уменьшается примерно на 10% для угла .

I/

2.5 1.0

2.0 0.8

1.5 0.6

1.0 0.4

0.5 0.2

0.0 30 60 90

Рис.5. Распределение коэффициента усиления поля и плотности тока эмиссии по поверхности острия.

Кривые 1 и 2 соответствуют напряжению 150 – 300В на управляющем электроде.

На этом рисунке приведены, рассчитанные с использованием закона Фаулера – Норд гейма, где

плотности тока эмиссии от угла для напряжений V=150 и 300В. Видно, что основной вклад в автоэмиссионный ток дают точки поверхности, для которых . Угол можно использовать для определения эффективной площади эмиссии:

(3)

где

r

– радиус скругления острия.

Полный ток е

острия равен:

(4)

где - плотность тока, даваемая формулой Фаулера – Норд гейма

для напряжённости поля на поверхности острия .

Формулы (3) и (4) совместно определяют эффективную площадь эмиссии и предельный угол . Для корректного определения необходимо найти - зависимость коэффициента усиления от угла, затем интегрированием вычислить полный ток с острия и воспользоваться формулой (4).

Определённая таким способом эффективная площадь эмиссии зависит от напряжения. Представление о порядке величины площади эмиссии можно получить более просто, если считать, что угол автоэмиссии соответствует уменьшению коэффициента усиления поля на 10%. Тогда следует определить из графика такое значение и воспользоваться формулой (3). В этом случае оценка для эффективной площади, очевидно, не зависит от напряжений. Полученная оценка для обычно не более чем в 2 раза отличается от более строгого расчёта.