CHARACTERIZATION OF ENHANCED FIELD EMISSION SITES ON NIOBIUM SURFACES DUE TO HEAT TREATMENT

Résumé
Nous présentons une étude de l'émission de champ augmentée sur des surfaces de niobium. Notre expérience a été effectuée dans un "Vacuum Generators Escalab", équipé d'un microscope Auger à balayage, d'un microscope à émission de champ et d'un système de chauffage in situ de la cathode. Nous observons que la densité de sites d'émission augmente systématiquement lors de traitements thermiques entre 650°C et 900°C. Par contre il est possible d'obtenir des surfaces sans émission (I < 40 nA) jusqu'à des champs de 100 MV/m à l'aide de traitements thermiques à 1400°C et au-dessus. Un nouveau traitement thermique à environ 800°C conduit à une nouvelel augmentation du nombre des sites. Cette émission est très souvent liée à des particules contenant du carbone ou, du souffre et du molybdène.

Abstract
The study of enhanced field emission from broad area niobium cathodes, and the characterization of individual sites are presented. This experiment was built [1] in a UHV surface analysis system which included a SEM, a scanning Auger microscopy facility and also an in situ heat treatment unit where the samples could be annealed up to 2000°C. Upon heat treatment of the niobium samples, it is observed that the density of field emitting sites increases with the heat treatment temperature up to 900°C whereafter the density decreases sharply. After heat treatments at 1400°C and higher we have been able to obtain, consistently, emission free surfaces at 100 MV/m. Further heat treatments of the emission free sample show a maxima in the density of field emitting sites at 800°C. These sites were either activated or created during the heat treatment. Typical examples of the activated and created sites are presented.