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본 학위논문에서는 금속-유전체의 접촉 근처에서 일어나는 전기장 증진 현상을 이론적으로 연구하였다. 전기장을 감소시키는 일반적 유전체의 효과에 반하여, 접촉 근처에서 전기장이 증진되는 현상에 대한 연구이다. 그 현상은 진공파괴 또는 유전체 파괴 현상으로 오래 전부터 알려져 왔지만, 현재까지 잘 이해되지 않는 현상이다. 그와 같은 전기장 방출 증진현상의 원인을 밝히기 위하여, 본 논문에서는 금속-유전체의 접촉 근처에서 일어나는 전기장의 증진을 연구하였다. 금속-유전체 접합의 기하와 유전체의 물질성질을 주요소로 고려하여 전기장 증진을 체계적으로 분석하였다. 금속과 유전체가 만나는 모양으로 금속-진공-유전체의 삼중 접합을 우선 고려하였다. 실제 제작되는 소자는 한 방향으로 일정한 대칭성을 가지고 있어 2차원적이므로, 원통형 접합 모델을 사용하여 2차원 ...

본 학위논문에서는 금속-유전체의 접촉 근처에서 일어나는 전기장 증진 현상을 이론적으로 연구하였다. 전기장을 감소시키는 일반적 유전체의 효과에 반하여, 접촉 근처에서 전기장이 증진되는 현상에 대한 연구이다. 그 현상은 진공파괴 또는 유전체 파괴 현상으로 오래 전부터 알려져 왔지만, 현재까지 잘 이해되지 않는 현상이다. 그와 같은 전기장 방출 증진현상의 원인을 밝히기 위하여, 본 논문에서는 금속-유전체의 접촉 근처에서 일어나는 전기장의 증진을 연구하였다. 금속-유전체 접합의 기하와 유전체의 물질성질을 주요소로 고려하여 전기장 증진을 체계적으로 분석하였다. 금속과 유전체가 만나는 모양으로 금속-진공-유전체의 삼중 접합을 우선 고려하였다. 실제 제작되는 소자는 한 방향으로 일정한 대칭성을 가지고 있어 2차원적이므로, 원통형 접합 모델을 사용하여 2차원 라플라스 방정식의 해석적 해를 구하였다. 그 해를 이용하여 전기장의 증진현상과 전기장 방출의 증진 현상을 해석적․수치적으로 계산하였다. 그 수치적 결과로 전기장 증진에 접촉각이 매우 중요한 요소임을 밝혔다. 또한 유전상수와 구조가 서로 연관되어 유전체의 효과를 결정하는 현상을 분석할 수 있었다. 접하는 유전체의 각 크기가 진공의 각 크기보다 크면 전기장이 증진되고 반대이면 전기장이 감소한다. 유전체의 유전상수 값이 클수록 그 효과는 증가하였다. 다음으로, 실제 제작되는 소자와 비슷한 준2차원 접촉을 금속-진공-유전체-진공의 사중 접합 모델로 가정함으로써 라플라스 방정식의 해석적 해를 구하였다. 그 결과로 부터 해석적, 수치적으로 전기장을 접촉구조와 유전상수의 함수로 구하였다. 사중 접합은 삼중 접합으로 쉽게 환원될 뿐만 아니라, 삼중 접합의 전기장 증진과 다른 기하와 유전체의 효과를 보여주었다. 특히, 양쪽의 진공 접촉각이 같은 대칭적 사중접합에서는 유전체에 의한 전기장 증진이 삼중 접합에서보다는 더 현저하게 나타남을 확인하였다. 이와 같이 전기장이 증진되는 현상은 금속-유전체 접촉 근처에서는 더 강하게 형성 된다. 즉, 전기장 증진은 위치에 크게 의존한다. 원리적으로 접합점에서는 전기장이 발산한다. 그와 같은 곳이 실재하지 않더라도, 접촉지점에 가까운 곳에서 진공파괴, 유전체 파괴 전기장 증진이 일어날 수 있음을 의미한다. 나아가 유전체의 효과는 근본적으로 유전체의 분극 때문으로 분석하였다. 자유전하를 금속에 놓으면 금속모양에 의존하게 되는데, 뾰족한 곳인 금속-유전체 접합근처에서 면전하밀도가 높고 전기장이 세다. 그 전기장에 의하여 유전체의 분극은 접합 부근에 더 많이 일어난다. 그 분극전하의 인력으로 접합근처에 자유전하는 더 많이 모이게 되어 더 강한 전기장을 형성한다. 그리고 접촉각은 인력방향에 관계되므로, 접촉각이 전기장의 증진과 감소를 결정한다. 전기장은 금속기하로도 증진된다. 그것은 금속-유전체 접촉에서 보이는 전기장 증진에 두 요인이 존재함을 의미한다. 따라서 전체 전기장 증진은 두 증진의 합이 아니고 곱으로 주어진다. 금속-유전체 접촉부근의 전기장이 금속모양에 의하여 증진된다면 유전체에 의한 전기장 증진효과가 그 만큼 더 현저하게 일어남을 밝혔다. 이와 같은 연구결과는 오래 전부터 잘 설명되어지지 못한 전기장 증진에 대한 체계적 연구이다. 그 결과는 학문적으로 전기장과 전기장 방출에 대한 이해를 넓히고, 기술적으로 새로운 냉전자원을 제시한다.

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