RU2653531C1 - Electronic device with field emission cathode-mesh assembly manufacturing method - Google Patents
Electronic device with field emission cathode-mesh assembly manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653531C1 RU2653531C1 RU2017107330A RU2017107330A RU2653531C1 RU 2653531 C1 RU2653531 C1 RU 2653531C1 RU 2017107330 A RU2017107330 A RU 2017107330A RU 2017107330 A RU2017107330 A RU 2017107330A RU 2653531 C1 RU2653531 C1 RU 2653531C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- specified
- source
- voltage
- film
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, более конкретно - к электронным приборам с автоэлектронной эмиссией, а именно к способу изготовления катодно-сеточного узла, предназначенного для использования в таких приборах.The invention relates to electronic equipment, and more particularly to electronic devices with field emission, and in particular to a method for manufacturing a cathode-grid unit intended for use in such devices.
Содержащиеся в приборах рассматриваемого типа эмитирующий электроны и управляющий электроды часто называют соответственно эмиттером или катодом и модулирующим электродом, вытягивающим электродом, вытягивающей сеткой или просто сеткой. Указанный эмиттер называют также автоэмиттером, холодным катодом, автокатодом, автоэлектронным катодом, полевым эмиттером, а используемое явление эмиссии электронов - автоэмиссией, автоэлектронной эмиссией, холодной эмиссией, полевой эмиссией.The emitting electrons and control electrodes contained in devices of the type in question are often referred to as emitter or cathode and modulating electrode, drawing electrode, drawing wire or just wire, respectively. The specified emitter is also called a car emitter, a cold cathode, a cathode, a field electron cathode, a field emitter, and the used phenomenon of electron emission is called field emission, field emission, cold emission, field emission.
Ниже, в основном, применяются краткие термины "катод" и "сетка", а для узла, в котором они конструктивно объединены, - соответственно термин "катодно-сеточный узел". Дальнейшее содержание описания предлагаемого изобретения следует воспринимать с учетом сказанного об особенностях терминологии в данной области.Below, the short terms “cathode” and “grid” are mainly used, and for the node in which they are structurally combined, the term “cathode-grid node” is used accordingly. Further content of the description of the invention should be taken in view of the above about the features of the terminology in this field.
Известен способ изготовления катодно-сеточного узла указанного выше назначения, согласно которому вначале на поверхности плоской подложки формуют сэндвич из изолирующего слоя и проводящего молибденового слоя, в котором с помощью литографического процесса и избирательного травления образуют полость. На поверхность подложки с сэндвичем, вращающейся с постоянной скоростью, наносят косым напылением в вакууме окись алюминия и одновременно из другого источника - молибден, отвесно к подложке. При этом на поверхности сэндвича образуется защитный слой, затягивающий отверстие полости, а на дне полости образуется конус из молибдена, являющийся автоэлектронным катодом (патент США №3755704, опубл. 28.03.1973 [1]). Этот способ весьма сложен. Он осуществляется в глубоком вакууме, причем необходимо очень точно выдерживать соотношение между скоростями напыления из двух отдельных источников.A known method of manufacturing a cathode-grid node of the above purpose, according to which first a sandwich is formed on the surface of a flat substrate from an insulating layer and a conductive molybdenum layer, in which a cavity is formed by lithographic process and selective etching. On the surface of the substrate with a sandwich rotating at a constant speed, aluminum oxide is applied by oblique deposition in vacuum and simultaneously from another source - molybdenum, perpendicular to the substrate. At the same time, a protective layer is formed on the surface of the sandwich, tightening the hole of the cavity, and a cone of molybdenum is formed at the bottom of the cavity, which is an auto-electronic cathode (US Pat. No. 3,755,704, publ. March 28, 1973 [1] ). This method is very complicated. It is carried out in a deep vacuum, and it is necessary to very accurately maintain the ratio between the spraying rates from two separate sources.
Известен также способ изготовления катодно-сеточного узла по авторскому свидетельству СССР №609144 (опубл. 10.05.1978 [2]), при котором вначале на подложку из катодного материала, например, монокристаллического кремния, наносят сэндвич из изолирующего и проводящего слоев. С помощью литографии в верхнем слое изготавливают отверстие, сквозь которое, используя слой металла в качестве защитного слоя, вытравливают отверстие в пленке изолятора, причем травление проводят до тех пор, пока не вскроется область подложки, по диаметру, чем отверстие в пленке металла, т.е. образуется полость. На полученную структуру напыляют пленку маскирующего слоя, например, окиси алюминия, толщина которой меньше толщины изолирующего слоя. При напылении материал маскирующего слоя оседает по всей поверхности заготовки, в том числе и на дне полостей, образуя круглый островок, по форме и размерам повторяющий размер отверстия в слое металла. Между островком и изолирующим слоем по поверхности подложки имеется кольцевой зазор, сквозь который на следующей стадии изготовления избирательным травителем, не действующим на слои сэндвича и маскирующего слоя, растворяют подложку до образования способного к эмиссии острия под островком маскирующего слоя. При этом освобождается управляющий пленочный электрод, против центра отверстия в котором в подложке вытравлено острие.There is also known a method of manufacturing a cathode-grid assembly according to USSR author's certificate No. 609144 (publ. 05/10/1978 [2] ), in which first a sandwich of insulating and conductive layers is applied to a substrate of cathode material, for example, single-crystal silicon. Using lithography in the upper layer, a hole is made through which, using a metal layer as a protective layer, a hole in the insulator film is etched, and etching is carried out until the substrate area is opened, in diameter than the hole in the metal film, i.e. a cavity is formed. A film of a masking layer, for example, alumina, whose thickness is less than the thickness of the insulating layer, is sprayed onto the resulting structure. During spraying, the material of the masking layer settles over the entire surface of the workpiece, including at the bottom of the cavities, forming a round island, which in shape and size repeats the size of the hole in the metal layer. There is an annular gap between the island and the insulating layer on the surface of the substrate, through which, at the next stage of manufacturing, a selective etch that does not act on the layers of the sandwich and the masking layer dissolves the substrate to form an emission tip under the island of the masking layer. In this case, the control film electrode is released, against the center of the hole in which the tip is etched in the substrate.
Этот способ более совершенен, чем способ по патенту [1], но тоже весьма сложен.This method is more advanced than the method according to the patent [1] , but also very complicated.
Способы [1] и [2] объединяет то, что они ориентированы на применение дорогостоящих субмикронных технологий.Methods [1] and [2] are united by the fact that they are focused on the use of expensive submicron technologies.
Известен также способ по патенту РФ №2118011 (опубл. 20.08.1998 [3]) в котором совокупность эмиттеров, образующих катод, получают на общей подложке, а управляющий электрод (сетку) выполняют в виде отдельной детали, которую размещают на спейсерах, отделяющих сетку от катода. При этом спейсеры выполняют на той же подложке, что и эмиттеры, но большей высоты. Перед установкой сетки на спейсеры их покрывают электроизоляционным материалом.There is also known a method according to RF patent No. 2118011 (publ. 08/20/1998 [3] ) in which the set of emitters forming the cathode is obtained on a common substrate, and the control electrode (grid) is made in the form of a separate part, which is placed on the spacers that separate the grid from the cathode. In this case, the spacers perform on the same substrate as the emitters, but of a greater height. Before installing the grid on the spacers, they are covered with an insulating material.
Данное и другие аналогичные ему технические решения объединяет то, что перемычки сетки не защищены от прямого перехвата эмиссионного тока с катода. Это вызывает сеточный ток в процессе работы прибора, использующего такой катодно-сеточный узел, приводящий к перегреву сетки, вследствие чего при использовании прибора должны выбираться слабо напряженные режимы, при которых такой перегрев невозможен.This and other similar technical solutions are united by the fact that the grid jumpers are not protected from direct interception of emission current from the cathode. This causes a grid current in the process of operation of the device using such a cathode-grid unit, leading to overheating of the grid, as a result of which, when using the device, low-voltage modes should be selected in which such overheating is impossible.
Способ, описанный в патенте РФ №2586119 (опубл. 10.06.2016 [4]), относящемся к катодно-сеточному узлу, и в патенте РФ №2589722 (опубл 10.07.2016 [5]), относящемся к способу изготовления катодно-сеточного узла как таковому, направлен на исключение эмиссии из частей поверхности катода, находящихся непосредственно под перемычками сетки. Для этого сеточный электрод выполняют в виде сэндвича из разделенных электроизоляционным слоем собственно сетки и вспомогательной формирующей сетки, расположенных так, что ячейки одной находятся точно напротив ячеек другой. При изготовлении катодно-сеточного узла формирующую сетку "утапливают" в тело катода, что делает невозможной эмиссию из соответствующих его участков. Последнюю операцию осуществляют посредством термохимического травления материала катода при температуре порядка 1100°C. Уже одно это обстоятельство говорит о технологической сложности способа, связанного с высокими режимным параметрами, которые необходимо реализовать в процессе выполнения операции, требующей высокой точности, так как погружение формирующей сетки в тело катода должно быть осуществлено не только равномерно по всей поверхности, но и на вполне определенную глубину. При этом среди заведомо исключаемых из работы участков поверхности катода могут оказаться и наиболее эффективные эмиссионные центры. Следует отметить также, что необходимость отдельного получения упомянутого сэндвича тоже усложняет способ в целом.The method described in the patent of the Russian Federation No. 2586119 (publ. 06/10/2016 [4] ) relating to the cathode-grid unit, and in the patent of the Russian Federation No. 2589722 (publ. 10.07.2016 [5] ) relating to the method of manufacturing the cathode-grid unit as such, it is aimed at eliminating emission from parts of the cathode surface located directly below the network jumpers. To do this, the grid electrode is made in the form of a sandwich from the actual mesh separated by the insulating layer and the auxiliary forming mesh, located so that the cells of one are exactly opposite the cells of the other. In the manufacture of the cathode-grid unit, the forming network is “recessed” into the cathode body, which makes it impossible to emit from its corresponding sections. The last operation is carried out by thermochemical etching of the cathode material at a temperature of about 1100 ° C. This fact alone indicates the technological complexity of the method associated with high operating parameters that must be implemented in the process of performing an operation that requires high accuracy, since the immersion of the forming mesh in the cathode body must be carried out not only uniformly over the entire surface, but also on a completely a certain depth. Moreover, among the areas of the cathode surface that are deliberately excluded from work, the most efficient emission centers may also be. It should also be noted that the need for a separate receipt of the aforementioned sandwich also complicates the process as a whole.
Способ по патенту [5] наиболее близок к предлагаемому с точки зрения направленности его на предотвращение перехвата эмиссионного тока сеткой. Вместе с тем предлагаемый способ направлен на достижение технического результата, заключающегося в устранении отмеченных недостатков способа по патенту [5], в первую очередь, за счет исключения высокотемпературного режима, совмещенного с операцией, требующей повышенной точности и самой такой операции. Способ направлен также на ослабление влияния фактора, заключающегося в недоиспользовании эмиссионных возможностей катода из-за затенения его сеткой. Такое ослабление становится возможным благодаря особенности предлагаемого способа, связанной с "автоматическим" исключением из работы участков поверхности катода, имеющих минимальную эмиссионную способность, в результате чего сетка над такими участками оказывается непрозрачной, и преимущественным использованием участков поверхности катода, имеющих более высокую эмиссионную способность, над которыми в процессе осуществления способа возникают прозрачные для электронов участки сетки.The method according to the patent [5] is closest to the proposed one in terms of its focus on preventing the interception of emission current by the grid. However, the proposed method is aimed at achieving a technical result, which consists in eliminating the noted drawbacks of the method according to the patent [5] , primarily by eliminating the high-temperature mode, combined with an operation requiring increased accuracy and such an operation itself. The method is also aimed at weakening the influence of the factor consisting in the underutilization of the emission capabilities of the cathode due to shadowing by its grid. Such attenuation becomes possible due to the features of the proposed method associated with the “automatic” exclusion from operation of the cathode surface sections having a minimum emissivity, as a result of which the grid over such sections is opaque, and the predominant use of the cathode surface sections having a higher emissivity over by which, during the implementation of the method, transparent sections of the grid appear for electrons.
В дальнейшем при раскрытии сущности предлагаемого способа и особенностей частных случаев его осуществления могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата.In the future, when revealing the essence of the proposed method and the features of particular cases of its implementation, other types of technical result achieved can be named.
Предлагаемый способ изготовления катодно-сеточного узла электронного прибора с автоэлектронной эмиссией, как и наиболее близкий к нему известный способ, включает использование размещенного на подложке автоэлектронного катода, имеющего массив микроострий на рабочей поверхности, и электрически изолированной от автоэлектронного катода сетки с фиксацией их взаимного расположения.The proposed method for manufacturing a cathode-grid assembly of an electronic device with field emission, as well as the closest known method to it, involves the use of a field-mounted cathode on a substrate having an array of micro-tips on the working surface and a grid electrically isolated from the field cathode with fixation of their relative position.
Для достижения указанного выше технического результата в предлагаемом способе, в отличие от наиболее близкого нему известного способа, на подложке устанавливают электроизолирующий спейсерный разделитель, на котором закрепляют плоскую металлизированную с одной стороны диэлектрическую пленку, располагая ее параллельно рабочей поверхности автоэлектронного катода и ориентируя слоем металлизации в сторону, противоположную автоэлектронному катоду. Соединенные описанным образом подложку с находящимся на ней автоэлектронным катодом, спейсерный разделитель и указанную пленку размещают в герметичном корпусе, имеющем анодный электрод. Размещение осуществляют таким образом, чтобы получить трехэлектродное электровакуумное устройство, содержащее в качестве электродов наряду с упомянутым анодным электродом автоэлектронный катод и слой металлизации указанной пленки. Затем вакуумируют внутреннее пространство указанного герметичного корпуса и, используя два источника напряжения, подключают первый и второй источники положительным полюсом соответственно к анодному электроду и слою металлизации указанной пленки и оба источника отрицательным полюсом - к автоэлектронному катоду. При нулевом напряжении второго источника и наибольшем напряжении первого источника, не вызывающем пробоя между электродами, создают электрическое поле между анодным электродом и автоэлектронным катодом, экранируемое слоем металлизации указанной пленки. Затем, контролируя ток в цепи второго источника, постепенно повышают его напряжение для увеличения напряженности электрического поля между слоем металлизации указанной пленки и автоэлектронным катодом до появления тока в цепи второго источника вследствие возникающей автоэлектронной эмиссии из элементов принадлежащего автоэлектронному катоду массива микроострий и продолжают постепенное увеличение напряжения второго источника, наблюдая сначала увеличение тока в цепи этого источника, а затем его уменьшение, и прекращают увеличение напряжения второго источника при исчезновении или стабилизации тока в его цепи на минимальном уровне в результате образования в указанной пленке сетчатой структуры, прожигаемой эмитируемыми электронами. После этого отсоединяют все упомянутые электроды от источников напряжения, получая в результате катодно-сеточный узел, содержащий размещенный на подложке автоэлектронный катод и в качестве сетки - указанную пленку с отверстиями, прожженными ее диэлектрическом материале и слое металлизации, механически связанную с подложкой спейсерным разделителем.To achieve the above technical result in the proposed method, in contrast to the closest known method, an electrically insulating spacer separator is mounted on the substrate, on which a flat dielectric film metallized on one side is fixed, positioning it parallel to the working surface of the autoelectronic cathode and orienting the metallization layer to the side opposite to the field emission cathode. The substrate connected in the described manner with the autoelectronic cathode located on it, the spacer separator and the specified film are placed in a sealed enclosure having an anode electrode. The placement is carried out in such a way as to obtain a three-electrode electrovacuum device containing, together with the anode electrode, an autoelectronic cathode and a metallization layer of said film as electrodes. Then the internal space of the specified sealed enclosure is vacuumized and, using two voltage sources, the first and second sources are connected with the positive pole to the anode electrode and the metallization layer of the specified film, respectively, and both sources with the negative pole to the field-effect cathode. At zero voltage of the second source and the highest voltage of the first source, which does not cause breakdown between the electrodes, an electric field is created between the anode electrode and the field-effect cathode, shielded by a metallization layer of the specified film. Then, by controlling the current in the circuit of the second source, its voltage is gradually increased to increase the electric field strength between the metallization layer of the specified film and the cathode until the current appears in the circuit of the second source due to arising field emission from elements of the micro-tip array belonging to the cathode and continue to gradually increase the voltage of the second source, observing first the increase in current in the circuit of this source, and then its decrease, and stop the increase apryazheniya second source at disappearance or stabilization of the current in the circuit to its minimum level by forming in said film mesh structure, Burn emitted electrons. After that, all the mentioned electrodes are disconnected from the voltage sources, resulting in a cathode-grid unit containing an autoelectronic cathode placed on the substrate and, as a grid, the specified film with holes burnt through its dielectric material and a metallization layer mechanically connected to the substrate by a spacer separator.
При реализации стадии способа, проводимой в вакуумируемом объеме, в первую очередь "автоматически" осуществляется выбор тех элементов принадлежащего автоэлектронному катоду массива способных к автоэлектронной эмиссии острий, условия для эмиссии из которых наиболее благоприятны при текущих значениях напряженности электрических полей, создаваемых с помощью используемых источников напряжения. Эмиссия именно из этих острий способна привести к образованию отверстий в диэлектрическом материале металлизированной пленки и прожечь отверстия в находящемся на нем слое металлизации. Дальнейшее повышение напряженности поля между этим слоем и автоэлектронным катодом, создаваемой вторым источником, вовлекает в процесс автоэлектронной эмиссии новые элементы массива микроострий и образование новых отверстий в диэлектрическом материале металлизированной пленки и отверстий в слое металлизации этой пленки. Ток в цепи второго источника сначала продолжает увеличиваться, а затем уменьшается и достигает минимума при завершении процесса образования сквозных отверстий в пленке. Слой металлизации этой пленки становится сеточным электродом изготавливаемого катодно-сеточного узла, а сеткой как таковой - металлизированная пленка со сквозными отверстиями в ее диэлектрическом материале и слое металлизации. Оставшиеся непрожженными промежутки между отверстиями полученной сетки не оказывают затеняющего действия для эмиссионного тока, потому что эмиссия находящихся под ними элементов массива микроострий минимальна - именно поэтому соответствующие участки слоя металлизации пленки, ставшего электродом катодно-сеточного узла, остались непрожженными. С учетом фактически отсутствующей эмиссии с находящихся под такими участками сетки элементов массива микроострий эквивалентная прозрачность сетки приближается к 100%.When implementing the stage of the method carried out in the evacuated volume, first of all, "automatically" the selection is made of those elements of the array belonging to the field-emission cathode capable of field emission of tips, the conditions for the emission of which are most favorable at current values of the electric field strength created using the used voltage sources . Emission from precisely these points can lead to the formation of holes in the dielectric material of the metallized film and burn holes in the metallization layer located on it. A further increase in the field strength between this layer and the field-emission cathode created by the second source involves new elements in the micro-tip array and the formation of new holes in the dielectric material of the metallized film and holes in the metallization layer of this film. The current in the circuit of the second source first continues to increase, and then decreases and reaches a minimum when the formation of through holes in the film is completed. The metallization layer of this film becomes the grid electrode of the manufactured cathode-grid unit, and the grid as such is a metallized film with through holes in its dielectric material and the metallization layer. The gaps between the openings of the obtained mesh that are not blasted do not have a shading effect for the emission current, because the emission of the elements of the microarray array below them is minimal - that is why the corresponding sections of the metallization layer of the film, which became the electrode of the cathode-grid assembly, remained unburnt. Taking into account the virtually absent emission from the elements of the microarray array located under such grid sections, the equivalent transparency of the grid approaches 100%.
Таким образом, описанные отличительные особенности предлагаемого способа в совокупности и лишь при совместной их реализации обеспечивают достижение охарактеризованного выше технического результата.Thus, the described distinctive features of the proposed method in the aggregate and only with their joint implementation ensure the achievement of the technical result described above.
В частном случае на этапе предлагаемого способа, проводимом в вакуумируемом внутреннем пространстве герметичного корпуса, в качестве последнего может выступать непосредственно корпус конкретного электронного прибора, в составе которого будет использоваться катодно-сеточный узел. В этом случае завершение предлагаемого способа совпадает с частью производственного процесса изготовления самого электронного прибора, и полученный катодно-сеточный узел остается внутри корпуса этого электронного прибора. Следует ожидать, что такая ситуация наиболее благоприятна с точки зрения получения желаемых свойств как катодно-сеточного узла, так и электронного прибора в целом.In the particular case, at the stage of the proposed method, carried out in the evacuated internal space of the sealed enclosure, the latter can be directly the case of a specific electronic device, which will use a cathode-grid unit. In this case, the completion of the proposed method coincides with part of the manufacturing process for manufacturing the electronic device itself, and the resulting cathode-grid unit remains inside the body of this electronic device. It should be expected that such a situation is most favorable from the point of view of obtaining the desired properties of both the cathode-grid unit and the electronic device as a whole.
В другом частном случае на этапе способа, проводимом в вакуумируемом внутреннем пространстве герметичного корпуса, используют специальный герметичный корпус, общий для разных экземпляров поочередно изготавливаемых катодно-сеточных узлов. В таком случае по окончании этого этапа (являющегося заключительным для предлагаемого способа в целом) полученный очередной экземпляр катодно-сеточного узла удаляют из герметичного корпуса.In another particular case, at the stage of the method, carried out in the evacuated internal space of the sealed enclosure, a special sealed enclosure is used, common to different copies of the cathode-grid units alternately manufactured. In this case, at the end of this stage (which is final for the proposed method as a whole), the obtained next instance of the cathode-grid unit is removed from the sealed enclosure.
В качестве напряжения первого источника, гарантирующего отсутствие электрического пробоя, может быть выбрано, в частности, наибольшее рабочее напряжение электронного прибора, для использования в котором предназначен изготавливаемый катодно-сеточный узел.As the voltage of the first source, guaranteeing the absence of electrical breakdown, can be selected, in particular, the highest operating voltage of the electronic device for use in which the manufactured cathode-grid unit is intended.
Для обеспечений большей равномерности натяжения плоской металлизированной с одной стороны диэлектрической пленки и уменьшения ее прогиба может быть использован электроизолирующий спейсерный разделитель, выполненный в виде кольца.To ensure greater uniformity of tension of a flat dielectric film metallized on one side and to reduce its deflection, an electrically insulating spacer separator made in the form of a ring can be used.
Слой металлизации указанной диэлектрической металлизированной пленки может быть выполнен, в частности, из металла, принадлежащего группе: вольфрам, скандий, хром, медь.The metallization layer of the specified dielectric metallized film can be made, in particular, of a metal belonging to the group: tungsten, scandium, chromium, copper.
Как поясняется ниже при более подробном описании процесса осуществления предлагаемого способа, данный способ позволяет обеспечить также улучшение эмиссионных свойств используемого автоэлектронного катода.As explained below with a more detailed description of the process of implementing the proposed method, this method also allows to improve the emission properties of the used field-effect cathode.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых схематически представлены:The invention is illustrated by drawings, in which are schematically represented:
- на фиг. 1 - подготовленное на начальном этапе изделие при осуществлении способа в предпочтительном частном случае, когда используют спейсерный разделитель, выполненный в виде кольца;- in FIG. 1 - prepared at the initial stage of the product during the implementation of the method in the preferred particular case, when using a spacer separator made in the form of a ring;
- на фиг. 2 - указанное изделие, размещенное в герметичном вакуумируемом корпусе для проведения заключительного этапа способа;- in FIG. 2 - the specified product, placed in a sealed evacuated housing for the final stage of the method;
- на фиг. 3 - фрагменты массива микроострий на рабочей поверхности автоэлектронного катода и металлизированной пленки с прожженными в ней отверстиями.- in FIG. 3 - fragments of an array of micropoints on the working surface of the field-effect cathode and a metallized film with holes burnt in it.
На начальном этапе осуществления предлагаемого способа на подложке 2 (фиг. 1) с находящимся на ней автоэлектронным катодом 1 устанавливают спейсерный разделитель 3. Могут быть использованы автоэлектронные катоды, полученные, например, по способам, известным из патентов РФ №2161838 (опубл. 10.01.2001 [6]), №2194328 (опубл. 10.12.2002, [7]), №2231859 (опубл. 27.06.2004 [8]), №2430446 (опубл. 10.06.2011 [9]). В данном частном случае спейсерный разделитель имеет единственный спейсер, выполненный в виде кольца (см., например, патент РФ №2551350, опубл. 20.05.2015 [10]). Возможны и другие варианты выполнения спейсерного разделителя, например, в виде нескольких столбиков (см., например, упоминавшийся выше патент [3]). На спейсерном разделителе 3, высота которого определяет удаление от автоэлектронного катода, закрепляют плоскую металлизированную с одной стороны диэлектрической пленку 9. Указанная пленка ориентирована слоем 5 металлизации в сторону, противоположную катоду 1, и слоем 4 диэлектрического материала - в сторону катода 1. Все названные элементы, фиксированные от взаимного перемещения, в совокупности представляют собой изделие, предназначенное для использования на заключительном этапе способа.At the initial stage of the implementation of the proposed method, a
Как показано на фиг. 2, для перехода к заключительному этапу способа будущий катодно-сеточный узел - полученное на начальном этапе изделие (позиции 1-5, 9) размещают в герметичном корпусе 21, имеющем анодный электрод 22 с внешним выводом 25. В описываемом частном случае подложка 2 предполагается электропроводящей и имеющей внешний вывод 23, являющийся одновременно внешним выводом автоэлектронного катода 1. При использовании непроводящей подложки внешний вывод должен быть электрически соединен непосредственно с автоэлектронным катодом. Использование как проводящих, так и непроводящих подложек для автоэлектронных катодов известно, в частности, из названных выше патентов [6]-[10], а также ряда других, например, патента РФ №2210134 (опубл. 10.08.2003 [11]). Слой 5 металлизации пленки 9 снабжают внешним выводом 24. Упомянутое изделие (позиции 1-5, 9) размещают в корпусе 21 таким образом, чтобы слой 5 металлизации пленки 9 был обращен в сторону анодного электрода 22. Внутренний объем корпуса 21 вакуумируют и в итоге получают трехэлектродное электровакуумное устройство, в котором электродами являются анодный электрод 22, автоэлектронный катод 1 и слой 5 металлизации, находящийся на диэлектрическом слое 4 пленки 9 и являющийся вместе с ним будущей сеткой изготавливаемого катодно-сеточного узла. Внешние выводы названных электродов (соответственно, 25, 23 и 24) соединяют с первым 26 и вторым 27 источниками напряжений таким образом, чтобы положительный полюс первого источника 26 был соединен с анодным электродом 22, положительный полюс второго источника 27 был соединен со слоем металлизации 5 пленки 9 и отрицательные полюсы обоих источников - с автоэлектронным катодом 1, находящимся на подложке 2. В цепи второго источника 27 напряжения устанавливают прибор 29 для измерения тока в этой цепи. В цепи первого источника 26 напряжения также может быть установлен прибор 28 для измерения тока.As shown in FIG. 2, in order to proceed to the final stage of the method, the future cathode-grid unit — the product obtained at the initial stage (items 1-5, 9) is placed in a sealed
После выполнения описанных размещения и соединений осуществляют заключительный этап способа. На этом этапе сначала устанавливают напряжение второго источника 27 нулевым, а напряжение первого источника 26 - не ниже проектного рабочего анодного напряжения электронного прибора, для использования в котором предназначен изготавливаемый катодно-сточный узел, но не приводящим к электрическому пробою между электродами. В частности, может быть установлено напряжение первого источника 26, соответствующее расчетному значению, при котором создаваемая этим источником напряженность электрического поля в окрестности слоя 5 металлизации пленки 9 составляет 3÷7 В/мкм и была бы способна вызвать электронную эмиссию из массива микроострий автоэлектронного катода 1, если бы отсутствовало экранирующее действие электрода, которым является слой 5 металлизации пленки 9. Далее начинают постепенно повышать напряжение, подаваемое от второго источника 27, и, судя по показаниям измерительного прибора 29, фиксируют начало эмиссии электронов из некоторых элементов массива микроострий автоэлектронного катода 1. Начало эмиссии соответствует напряжению второго источника 27, обеспечивающему напряженность электрического поля в промежутке между автоэлектронным катодом 1 и слоем 5 металлизации на уровне 3÷7 В/мкм, что типично для многих материалов, обладающих способностью к автоэлектронной эмиссии. После этого продолжают постепенное повышение напряжения источника 27, увеличивая интенсивность эмиссии. При достаточно высокой интенсивности эмиссии эмиссионный ток способен образовать отверстия в слое 4 диэлектрического материала пленки 9 и прожечь соосные с ними отверстия в слое 5 металлизации этой пленки (будущей сетке катодно-сеточного узла). Повышение напряжения источника 27 приводит к усилению эмиссии электронов из элементов массива микроострий автоэлектронного катода, находящихся под появившимися отверстиями в слое 5 металлизации, увеличению количества элементов массива микроострий автоэлектронного катода, участвующих в автоэмиссии, и возникновению новых отверстий в слоях 4 и 5. Происходит самоформирование будущей сетки катодно-сеточного узла. Электроны, вытягиваемые самоформируемой сеткой и попадающие в область образовавшихся отверстий, далее подхватываются электрическим полем, существующим между анодным электродом и слоем 5 металлизации самоформируемой сетки и, таким образом, перестают участвовать в формировании будущей сетки. Продолжая повышение напряжения второго источника 27, добиваются увеличения эмиссии и формирования новых рабочих участков будущей сетки.After performing the described placement and connections, the final step of the method is performed. At this stage, the voltage of the
При дальнейшем увеличении напряжения второго источника 27 ток в его цепи, измеряемый прибором 24, начинает уменьшаться и затем стабилизируется на минимальном уровне, вплоть до нулевого. Одновременно стабилизируется на наибольшем уровне ток в цепи анодного электрода, измеряемый прибором 28. Уменьшение, стабилизация или полное исчезновение тока в цепи второго источника 27 одновременно с достижением наибольшей величины тока в цепи анодного электрода объясняется увеличением прозрачности формируемого сеточного электрода, которым является слой 5 металлизации: ток через сам этот электрод минимизируется, и все большая часть электронов через образовавшиеся в слое 5 отверстия попадает на анодный электрод.With a further increase in the voltage of the
Стабилизация тока, потребляемого от второго источника 27, являющегося одновременно током в цепи электрода, становящегося сеточным, происходит одновременно с наибольшей активизацией элементов массива микроострий автоэлектронного катода, находящихся под отверстиями формируемой сетки. Отверстия не образуются над частями массива микроострий, эмиссия с которых отсутствует или весьма мала. Благодаря этому весьма мал или вообще отсутствует эмиссионный ток, обусловленный эмиссией из элементов массива микроострий, находящихся под оставшимися не прожженными участками слоя 5 металлизации пленки, из которой формируется сеточный электрод. Поэтому эквивалентная прозрачность сетки (отношение анодного тока, измеряемого прибором 28, к полному катодному току, т.е. току включающего как анодный ток, так и сеточный ток, измеряемый прибором 29) приближается к 100%.The stabilization of the current consumed from the
Описанный процесс иллюстрируется фиг. 3, на которой в условной форме, без соблюдения масштаба, показаны фрагменты массива 1.1 микроострий 8 автоэлектронного катода, а также слоя 4.1 диэлектрического материала и слоя 5.1 металлизации пленки 9.1, в которых созданы соосные отверстия 6 и 7. Поперечные размеры возникающих отверстий, соответствующих разным эмитирующим элементам массива микроострий, могут быть неодинаковыми.The described process is illustrated in FIG. 3, in which, in a conventional form, without observing the scale, fragments of an array of 1.1
По достижении упомянутой выше стабилизации на минимальном уровне тока, измеряемого прибором 29, свидетельствующей о завершении самоформирования сетки, отсоединяют внешние выводы 23, 24, 25 электродов от источников 26 и 27 (предварительно выключив эти источники или уменьшив их напряжения до безопасных значений) и получают катодно-сеточный узел, содержащий находящийся на подложке автоэлектронный катод и фиксированную относительно него спейсерным разделителем сетку в виде металлизированной диэлектрической пленки, в которой созданы сквозные отверстия.Upon reaching the stabilization mentioned above at the minimum level of current measured by the
Необходимо заметить, что описанный процесс самоформирования сетки, в ходе которого происходит интенсивное нарастание автоэлектронной эмиссии при экстремальных значениях напряжений, сопровождается повышением температуры автоэлектронного катода 1, зависящим от теплоотводящей способности подложки 2. При этом имеет место изменение формы элементов массива микроострий автоэлектронного катода, в результате которого следует ожидать улучшения эмиссионных свойств катода. Как поясняется в монографии: Трубецков Д.И., Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. Саратов: Изд-во ГосУНЦ “Колледж”, 1996, С. 72 [12], в условиях повышенной температуры и наличия достаточно сильного электрического поля атомы способны мигрировать по поверхности микроострия, перестраивая его форму таким образом, чтобы увеличить локальное электрическое поле вблизи поверхности. В результате происходит сдвиг вольтамперной характеристики в сторону, свидетельствующую об улучшении эмиссионных свойств, которое не исчезает после охлаждении автоэлектронного катода.It should be noted that the described process of self-formation of the grid, during which an intense increase in field emission occurs at extreme voltage values, is accompanied by an increase in the temperature of the
Если катодно-сеточный узел предназначен для использования в том же самом электронном приборе, корпус 21 которого был использован на описанном заключительном этапе предлагаемого способа, завершение осуществления этого способа совпадает с изготовлением электронного прибора.If the cathode-grid unit is intended for use in the same electronic device, the
Если же полученный катодно-сеточный узел является изделием, предназначенным для установки в другом электронном приборе при изготовлении последнего, то данный узел удаляют из корпуса 21.If the resulting cathode-grid unit is a product intended for installation in another electronic device in the manufacture of the latter, then this unit is removed from the
Благодаря почти полной прозрачности сетки в приборе, использующем катодно-сеточный узел, изготовленный по предлагаемому способу, составляющая напряженности электрического поля, создаваемого анодным электродом вблизи автоэлектронного катода, практически не зависит от наличия сетки. Поэтому при анодном напряжении, достаточном для получения эмиссии, сетка может играть роль управляющего электрода, используемого для регулирования уровня анодного тока.Due to the almost complete transparency of the grid in the device using the cathode-grid assembly made by the proposed method, the component of the electric field generated by the anode electrode near the field-emission cathode is practically independent of the presence of the grid. Therefore, with an anode voltage sufficient to produce emission, the grid can play the role of a control electrode used to control the level of the anode current.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №3755704, опубл. 28.03.1973. 1. US patent No. 375704, publ. 03/28/1973.
2. Авторское свидетельство СССР №609144, опубл. 10.05.1978. 2. USSR Author's Certificate No. 609144, publ. 05/10/1978.
3. Патент РФ №2118011, опубл. 20.08.1998. 3. RF patent No. 2118011, publ. 08/20/1998.
4. Патент РФ №2586119, опубл. 10.06.2016. 4. RF patent No. 2586119, publ. 06/10/2016.
5. Патент РФ №2589722, опубл 10.07.2016. 5. RF patent No. 2589722, published July 10, 2016.
6. Патент РФ №2161838, опубл. 10.01.2001. 6. RF patent №2161838, publ. 01/10/2001.
7. Патент РФ №2194328, опубл. 10.12.2002. 7. RF patent No. 2194328, publ. 12/10/2002.
8. Патент РФ №2231859, опубл. 27.06.2004. 8. RF patent No. 2231859, publ. 06/27/2004.
9. Патент РФ №2430446, опубл. 10.06.2011. 9. RF patent No. 2430446, publ. 06/10/2011.
10. Патент РФ №2551350, опубл. 20.05.2015. 10. RF patent No. 2551350, publ. 05/20/2015.
11. Патент РФ №2210134, опубл. 10.08.2003. 11. RF patent No. 22010134, publ. 08/10/2003.
12. Трубецков Д.И., Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1996, С. 72. 12. Trubetskov D.I., Rozhnev A.G., Sokolov D.V. Lectures on microwave microwave microelectronics. Saratov: Publishing House of the State Scientific and Research Center "College", 1996, p. 72.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107330A RU2653531C1 (en) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | Electronic device with field emission cathode-mesh assembly manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107330A RU2653531C1 (en) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | Electronic device with field emission cathode-mesh assembly manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653531C1 true RU2653531C1 (en) | 2018-05-11 |
Family
ID=62152695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017107330A RU2653531C1 (en) | 2017-03-07 | 2017-03-07 | Electronic device with field emission cathode-mesh assembly manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653531C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792040C1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-03-16 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Method for manufacturing cathode-grid unit with field-emission cathodes |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2118011C1 (en) * | 1996-05-08 | 1998-08-20 | Евгений Инвиевич Гиваргизов | Autoemission triode, device built around it, and its manufacturing process |
US8400052B2 (en) * | 2010-12-24 | 2013-03-19 | Tsinghua University | Field emission cathode device and method for making the same |
US8872418B2 (en) * | 2010-12-29 | 2014-10-28 | Tsinghua University | Field emission display |
RU2586119C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-06-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Cathode-grid assembly with carbon field-emission cathode |
RU2589722C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-07-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Method of making cathode-grid assembly with carbon field-emission cathode |
-
2017
- 2017-03-07 RU RU2017107330A patent/RU2653531C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2118011C1 (en) * | 1996-05-08 | 1998-08-20 | Евгений Инвиевич Гиваргизов | Autoemission triode, device built around it, and its manufacturing process |
US8400052B2 (en) * | 2010-12-24 | 2013-03-19 | Tsinghua University | Field emission cathode device and method for making the same |
US8872418B2 (en) * | 2010-12-29 | 2014-10-28 | Tsinghua University | Field emission display |
RU2586119C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-06-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Cathode-grid assembly with carbon field-emission cathode |
RU2589722C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-07-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Method of making cathode-grid assembly with carbon field-emission cathode |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792040C1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-03-16 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Method for manufacturing cathode-grid unit with field-emission cathodes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101257131B1 (en) | Confined plasma with adjustable electrode area ratio | |
JP3210105U (en) | Universal process kit | |
RU2589722C1 (en) | Method of making cathode-grid assembly with carbon field-emission cathode | |
CN101452797A (en) | Field emission type electronic source and manufacturing method thereof | |
KR20230169913A (en) | Electrode for plasma processing chamber | |
RU2653531C1 (en) | Electronic device with field emission cathode-mesh assembly manufacturing method | |
KR100250458B1 (en) | Fabricating method of cathode tip of field emission device | |
Qiu et al. | Nanodiamond Thin Film Field Emitter Cartridge for Miniature High-Gradient Radio Frequency ${X} $-Band Electron Injector | |
US2460141A (en) | Electric discharge device | |
RU2586628C1 (en) | Source of electrons with field-emission emitters | |
JP2010009977A (en) | Electron tube | |
RU2652981C1 (en) | Electronic device with cold emission cathode-mesh assembly manufacturing method | |
TWI489508B (en) | Electron source | |
US20130342098A1 (en) | Corrugated Dielectric for Reliable High-current Charge-emission Devices | |
US8018160B2 (en) | Magnetron having a feature for collecting material lost from a cathode thereof | |
RU2581835C1 (en) | Controlled emitting unit of electronic devices with autoelectronic emission and x-ray tube with said unit | |
KR20200015003A (en) | Method of surface treatment of ceramic insulating tube of x-ray tube | |
US9299526B2 (en) | Method to fabricate portable electron source based on nitrogen incorporated ultrananocrystalline diamond (N-UNCD) | |
JPS5871546A (en) | Ion implantation device | |
KR100480745B1 (en) | Method of manufacturing of diamond field emitter | |
JP6797373B2 (en) | Method for manufacturing gas electron amplifier electrode, gas electron amplifier and gas electron amplifier electrode | |
JPH08106846A (en) | Field emission type electron emitting element and its manufacture | |
JP2001007351A (en) | Semiconductor device and manufacture of the same | |
JPS637891Y2 (en) | ||
JP4916221B2 (en) | Method for manufacturing cold cathode and method for manufacturing apparatus equipped with cold cathode |