RU2703292C1 - Method for fabrication of cathode-mesh assembly with carbon auto emitters - Google Patents

Method for fabrication of cathode-mesh assembly with carbon auto emitters Download PDF

Info

Publication number
RU2703292C1
RU2703292C1 RU2019108877A RU2019108877A RU2703292C1 RU 2703292 C1 RU2703292 C1 RU 2703292C1 RU 2019108877 A RU2019108877 A RU 2019108877A RU 2019108877 A RU2019108877 A RU 2019108877A RU 2703292 C1 RU2703292 C1 RU 2703292C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emitters
cathode
auto
tip
boron nitride
Prior art date
Application number
RU2019108877A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Иванович Шестеркин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз")
Priority to RU2019108877A priority Critical patent/RU2703292C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703292C1 publication Critical patent/RU2703292C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus 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
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering, in particular, to production of cathode-mesh assemblies with matrix field emission cathodes for electric vacuum devices, including microwave range. Method of making the cathode-mesh assembly includes forming, on the cathode substrate, a matrix of tip auto emitters, a control grid with holes for each auto emitter separated from the cathode by a dielectric film. Cassette substrate of carbon material is used to form a matrix of tip auto emitters which are a continuation of the cathode substrate. Boron nitride film of thickness H≤h is precipitated on a cathode substrate from boron nitride gas medium, where: h is height of tip auto emitters. Further, disks in the form of a photoresist cylinder are formed above the tips of the point auto emitter, and films made of chromium are sputtered on the surface free of disks from boron nitride, and then from aluminum with thickness of not more than 0.4 mcm, in which holes are formed by explosive etching of photoresist disks. Further, around the point auto emitters in the air of tetrafluoromethane, cavities are etched for the entire depth of the boron nitride film. Carbon material used to form auto emitters is isotropic pyrolytic graphite.
EFFECT: improving reliability and durability of low-voltage cathode-mesh assemblies consisting of multiple cells of micron sizes, containing tip field-emission emitters and control screen with holes separated from substrate by dielectric gap.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности, к изготовлению катодно-сеточных узлов с матричными автоэмиссионными катодами для электровакуумных приборов, в том числе сверхвысокочастотного диапазона.The invention relates to electronic equipment, in particular, to the manufacture of cathode-grid units with matrix field emission cathodes for electronic vacuum devices, including the microwave range.

Известен способ изготовления катодно-сеточного узла (КСУ), состоящего из ячеек, каждая из которых содержит вертикально ориентированный автоэлектронный эмиттер в форме иглы и сеточный электрод с отверстием для прохождения потока электронов из ячейки в область электронной пушки [патент 2653694 RU]. Катод с одним или несколькими острийными автоэмиттерами и сеточный электрод с одним или несколькими отверстиями изготавливаются независимо друг от друга. Расположение вершин острийных автоэмиттеров в отверстиях сеточного электрода обеспечивается механически и контролируется с помощью оптического микроскопа. Относительная погрешность размещения вершины острия в каждой ячейке возрастает с уменьшением размеров ячейки. Размер ячейки (высота острийного автоэмиттера и диаметр отверстия в сеточном электроде), допускающий использование для их изготовления традиционные для современного ЛБВ-строения технологии, составляет десятые доли миллиметра. Например, высота автоэмиттера до 1.5 мм, диаметр отверстия в сеточном электроде до 0.5 мм. Рабочее напряжение на сеточном электроде более 1000 В.A known method of manufacturing a cathode-grid unit (KSU), consisting of cells, each of which contains a vertically oriented auto-emitter in the form of a needle and a grid electrode with a hole for the passage of electrons from the cell to the region of the electron gun [patent 2653694 RU]. A cathode with one or more tip emitters and a grid electrode with one or more holes are made independently of each other. The location of the tips of the tip emitters in the holes of the grid electrode is provided mechanically and is controlled using an optical microscope. The relative error in the placement of the tip tip in each cell increases with decreasing cell size. The cell size (the height of the tip emitter and the diameter of the hole in the grid electrode), allowing the use of technologies traditional for the modern TWT structure, is tenths of a millimeter. For example, the height of the emitter is up to 1.5 mm, the diameter of the hole in the grid electrode is up to 0.5 mm. The operating voltage at the grid electrode is more than 1000 V.

Допуски на размеры обоих электродов (±10 мкм) и погрешности их взаимного расположения в процессе сборки по традиционной технологии приводят к разбросу значений напряженности электрического поля на вершинах автоэмиттеров в ячейках сетки и, как следствие, к значительному (на несколько порядков величины) отличию автоэмиссионных токов вследствие экспоненциальной зависимости величины плотности автоэмиссионного тока от напряженности электрического поля [Дармаев А.Н., Морев С.П., Муравьев Э.К. Шестеркин В.И. Расчет автоэмиссионных ячеек с высоким аспектным отношением // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Междунар. научн. - техн. конф. АПЭП - 2016. 22 - 23 сентября 2016 г. СГТУ. Саратов. Россия. С.181 - 183].Tolerances on the sizes of both electrodes (± 10 μm) and errors in their relative positions during the assembly process using traditional technology lead to a spread in the values of the electric field at the tops of the emitters in the grid cells and, as a result, to a significant (by several orders of magnitude) difference in the field emission currents due to the exponential dependence of the field emission current density on the electric field strength [Darmaev AN, Morev SP, Muravyov E.K. Shesterkin V.I. Calculation of field emission cells with a high aspect ratio // Actual problems of electronic instrumentation: materials of Intern. scientific - tech. conf. APEP - 2016. September 22 - 23, 2016 SSTU. Saratov. Russia. S.181 - 183].

Известен также способ изготовления КСУ с углеродным автоэмиссионным катодом [патент 2589722 RU], в котором проблема совмещения острийных автоэмиттеров с отверстиями в сетке и связанная с этим неравномерность автоэлектронной эмиссии в ячейках сетки устраняется за счет использования «сэндвич-сетки», размещенной на поверхности катода с матрицей острийных автоэмиттеров на его поверхности.There is also known a method of manufacturing a KSU with a carbon field emission cathode [RU patent 2589722], in which the problem of combining the tip field emitters with holes in the grid and the associated uneven field emission in the grid cells is eliminated by using a “sandwich grid” placed on the surface of the cathode with matrix of tip emitters on its surface.

Отверстия в «сэндвич-сетке» изготавливают, как правило, с помощью сверления. Минимальный диаметр промышленно выпускаемых сверл составляет 200 мкм. В этой связи данный способ применим для изготовления КСУ с крупногабаритными ячейками. Рабочее напряжение на управляющей сетке в КСУ с размером отверстий в сетке более 200 мкм составляет более 1000 В. Недостатком данного способа изготовления КСУ является уменьшение сопротивления изоляции диэлектрика, разделяющего катод и сетку, в процессе изготовления отверстий.The holes in the "sandwich mesh" are made, as a rule, by drilling. The minimum diameter of industrially produced drills is 200 microns. In this regard, this method is applicable for the manufacture of KSU with large cells. The operating voltage on the control grid in the KSU with the size of the holes in the grid of more than 200 μm is more than 1000 V. The disadvantage of this method of manufacturing the KSU is to reduce the insulation resistance of the dielectric separating the cathode and the grid during the manufacturing of the holes.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления катодно-сеточного узла, состоящего из осесимметричных автоэмиссионных ячеек с размерами их сечения ~1.5×1.5 мкм2 [Spindt С.А., Brodie I., Humphrey L., Westerberg E.R. Physical properties jf thin-film field emission cathodes with molybdenum cones // Journal jf Applied Physics. Vol.47. №12. 1976. P. 5248-5263]. Каждая ячейка содержит острие в форме прямого конуса из молибдена, основание которого размещено на кремниевой подложке. Сеточный электрод с отверстием отделен от подложки пленкой диоксида кремния. Данный способ изготовления основан на использовании тонкопленочной технологии и электронно-лучевой литографии и состоит из нескольких этапов.Closest to the proposed invention is a method of manufacturing a cathode-grid unit, consisting of axisymmetric field emission cells with a cross-sectional size of ~ 1.5 × 1.5 μm 2 [Spindt S. A., Brodie I., Humphrey L., Westerberg ER Physical properties jf thin- film field emission cathodes with molybdenum cones // Journal jf Applied Physics. Vol. 47. No. 12. 1976. P. 5248-5263]. Each cell contains a point in the form of a straight cone of molybdenum, the base of which is placed on a silicon substrate. A mesh electrode with a hole is separated from the substrate by a silicon dioxide film. This manufacturing method is based on the use of thin-film technology and electron beam lithography and consists of several stages.

Методом окисления на подложке из кремния формируется пленка диоксида кремния заданной толщины (~1.5 мкм). Затем поверх диоксида кремния напыляется пленка молибдена толщиной ~0.4 мкм. С помощью электронно-лучевой литографии и химического травления в пленке молибдена формируется матрица отверстий диаметром ~1.5 мкм, расположенных в углах квадрата со стороной ~5.0 и более мкм. Через отверстия в молибденовой пленке вытравливаются полости в диоксиде кремния. Затем на пленку из молибдена, под малым углом к ней, напыляют пленку из алюминия, непрерывно вращая образец так, чтобы алюминий не попал внутрь полости из диоксида кремния. При этом размер отверстий в молибденовой пленке значительно уменьшается. Через отверстия в алюминиевой пленке под прямым углом к ней напыляют молибден. В результате внутри полости вырастает конус, вершина которого формируется на уровне верхней плоскости пленки из молибдена в момент полного перекрытия отверстий в алюминиевой пленке. На заключительной стадии удаляется пленка из алюминия вместе с напыленной на нее пленкой из молибдена. В результате формируются ячейки, содержащие острия из молибдена в форме прямого конуса, основания которых размещены на кремниевой подложке. Сеточный электрод с отверстиями напротив каждого конуса отделен от кремниевой подложки пленкой из диоксида кремния.By the oxidation method, a silicon dioxide film of a given thickness (~ 1.5 μm) is formed on a silicon substrate. Then, a molybdenum film ~ 0.4 μm thick is sprayed over silicon dioxide. Using electron beam lithography and chemical etching, a matrix of holes with a diameter of ~ 1.5 μm located in the corners of a square with a side of ~ 5.0 and more microns is formed in a molybdenum film. Through holes in the molybdenum film, cavities in silicon dioxide are etched. Then, a film of aluminum is sprayed onto the molybdenum film, at a small angle to it, by continuously rotating the sample so that the aluminum does not fall into the cavity of silicon dioxide. The size of the holes in the molybdenum film is significantly reduced. Through the holes in the aluminum film, molybdenum is sprayed at a right angle to it. As a result, a cone grows inside the cavity, the top of which forms at the level of the upper plane of the molybdenum film at the time of complete overlapping of the holes in the aluminum film. At the final stage, the aluminum film is removed along with the molybdenum film deposited on it. As a result, cells are formed containing molybdenum tips in the form of a straight cone, the bases of which are placed on a silicon substrate. A grid electrode with openings opposite each cone is separated from the silicon substrate by a film of silicon dioxide.

Использование тонкопленочной технологии и электронно-лучевой литографии позволяет формировать конусы с малым радиусом кривизны вершины (до 20 нм) и диаметрами отверстий в сеточном электроде ~1.5 мкм, что обеспечивает низкое напряжение на управляющей сетке (менее 100 В), а за счет высокой плотности размещения автоэмиссионных ячеек на подложке (до 1×107 см-2) плотность тока, усредненная по поверхности ячеек, превышает 10 А/см2.The use of thin-film technology and electron beam lithography makes it possible to form cones with a small radius of curvature of the apex (up to 20 nm) and hole diameters in the grid electrode of ~ 1.5 μm, which ensures a low voltage on the control grid (less than 100 V), and due to the high density of placement field emission cells on the substrate (up to 1 × 10 7 cm -2 ), the current density averaged over the cell surface exceeds 10 A / cm 2 .

Недостатком данного способа является невысокая для современных СВЧ приборов надежность и долговечность КСУ. Так, например, в составе ЛБВ С-диапазона катодно-сеточный узел проработал около 150 часов [Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M. and et. al. 100 W Operation of a Cold Cathode TWT // IEEE Transactions on Electron Devices, 2009, Vol. 56, No. 5, pp. 896-905]. Одной из причин является недостаточно прочная адгезия основания конусов из молибдена с кремниевой подложкой вследствие различных значений коэффициентов термического расширения материалов. В режиме автоэлектронной эмиссии напряженность электрического поля в ячейке достигает 5×107 В/см. Пондеромоторные силы электростатического поля, действующие на отрыв конусообразных остриев от подложки, достигают ~10 кг/см2 и способны оторвать основания конусов от подложки.The disadvantage of this method is the low reliability and durability of KSU for modern microwave devices. So, for example, in the C-band TWT, the cathode-grid unit lasted about 150 hours [Whaley DR, Duggal R., Armstrong CM and et. al. 100 W Operation of a Cold Cathode TWT // IEEE Transactions on Electron Devices, 2009, Vol. 56, No. 5, pp. 896-905]. One of the reasons is the insufficient adhesion of the base of the molybdenum cones to the silicon substrate due to different values of the thermal expansion coefficients of the materials. In the field of electron emission, the electric field in the cell reaches 5 × 10 7 V / cm. The ponderomotive forces of the electrostatic field acting on the separation of the cone-shaped points from the substrate reach ~ 10 kg / cm 2 and are able to tear off the base of the cones from the substrate.

Кроме того, в режиме интенсивной автоэлектронной эмиссии плотность автоэмиссионного тока может достигать 109 А/см2 и более. Известно, что автоэмиттеры из тугоплавких металлов, таких как молибден, использующийся в матричных автоэмиссионных катодах Спиндта (прототип) способен без разрушений работать при плотностях тока не более 106÷107 А/см2. Экспериментально установлено, что указанные значения плотности автоэмиссионного тока являются необходимым и достаточным условием для термического разрушения вершины конусного автоэмиттера из молибдена за счет разогрева собственным протекающим через них током и возникновения пробоя в ячейке, который выводит из строя катодно-сеточный узел и прибор в целом [Месяц А.Г., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме // Наука, г. Новосибирск. 1984].In addition, in the intense field emission mode, the field emission current density can reach 10 9 A / cm 2 or more. It is known that autoemitters from refractory metals, such as molybdenum, used in Spindt matrix field emission cathodes (prototype) are capable of working without damage at current densities of not more than 10 6 ÷ 10 7 A / cm 2 . It was experimentally established that these values of the field emission current density are a necessary and sufficient condition for the thermal destruction of the top of the conical auto emitter from molybdenum due to heating by its own current flowing through them and the occurrence of breakdown in the cell, which destroys the cathode-grid unit and the device as a whole [Month A.G., Proskurovsky D.I. Pulse electric discharge in vacuum // Nauka, Novosibirsk. 1984].

Известно, что автоэлектронные эмиттеры из углеродного иатериала способны стабильно работать при плотностях тока до ~109 А/см2 [Шестеркин В.И., Глухова О.Е., Иванов Д.В., Колесникова А.С. Расчетно-экспериментальная оценка спектра энергий автоэлектронов для многоострийной катодной матрицы из стеклоуглерода // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59. №8. С.782-787], что на два порядка больше предельной плотности тока, допустимой для автоэмиттеров из молибдена.It is known that field emission emitters made of carbon material are capable of stably operating at current densities of up to ~ 10 9 A / cm 2 [Shesterkin V.I., Glukhova O.E., Ivanov D.V., Kolesnikova A.S. Calculation and experimental estimation of the energy spectrum of autoelectrons for a multi-edge cathode matrix of glassy carbon // Radio Engineering and Electronics. 2014.V. 59. No. 8. S.782-787], which is two orders of magnitude higher than the limiting current density acceptable for molybdenum emitters.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности низковольтных катодно-сеточных узлов, состоящих из множества ячеек микронных размеров, содержащих острийные автоэлектронные эмиттеры и управляющую сетку с отверстиями, отделенную от подложки диэлектрическим зазором.The technical result of the present invention is to increase the reliability and durability of low-voltage cathode-grid nodes, consisting of many micron-sized cells containing tip field emitters and a control grid with holes, separated from the substrate by a dielectric gap.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления катодно-сеточного узла, включает формирование на катодной подложке матрицы острийных автоэмиттеров, управляющей сетки с отверстиями для каждого автоэмиттера, отделенной от катода пленкой диэлектрика. На катодной подложке из углеродного материала формируется матрица острийных автоэмиттеров, являющихся продолжением катодной подложки. На катодную подложку из бор-нитридной газовой среды высаживается пленка из нитрида бора толщиной Н ≤ h, где: h - высота острийных автоэмиттеров. Далее над вершинами острийных автоэмиттеров формируются диски в форме цилиндра из фоторезиста, а на свободную от дисков поверхность из нитрида бора напыляются пленки из хрома, а затем из алюминия толщиной не более 0.4 мкм, в которых формируются отверстия путем взрывного травления дисков фоторезиста. Далее вокруг острийных автоэмиттеров в воздушной среде тетрафторметана вытравливаются полости на всю глубину пленки из нитрида бора. Причем в качестве углеродного материала для формирования автоэмиттеров используется изотропный пиролитический графит.The technical result is achieved in that a method of manufacturing a cathode-grid assembly includes forming on the cathode substrate a matrix of tip emitters, a control grid with holes for each emitter, separated from the cathode by a dielectric film. A matrix of tip emitters is formed on the cathode substrate from carbon material, which is a continuation of the cathode substrate. A boron nitride gas film of thickness H ≤ h is deposited on the cathode substrate from boron nitride gas medium, where: h is the height of the tip emitters. Then, disks in the form of a cylinder made of photoresist are formed above the tips of the tip emitters, and films of chromium are sprayed onto a surface free of disks from boron nitride, and then from aluminum no more than 0.4 μm thick, in which holes are formed by explosive etching of the photoresist disks. Further, cavities to the entire depth of the film of boron nitride are etched around the tip emitters in the air of tetrafluoromethane. Moreover, isotropic pyrolytic graphite is used as the carbon material for the formation of emitters.

Предлагаемый способ изготовления КСУ и последовательность технологических операций поясняется на Фиг 1 - Фиг 6.The proposed method for the manufacture of KSU and the sequence of technological operations is illustrated in Fig 1 - Fig 6.

На первом этапе на подложке из углеродного материала (1) формируется матрица острийных автоэмиттеров (2) любым известным способом (термохимическим травлением или лазерной абляцией) - Фиг 1. Затем из бор-нитридной газовой среды на катодную подложку высаживается пленка (3) из нитрида бора (BN) толщиной Н ≤ h, где h - высота острийных автоэмиттеров - Фиг 2. На пленке BN над каждым острийным автоэмиттером формируются цилиндрические диски (4) из фоторезиста высотой 1.2÷1.4 мкм с помощью фото или электронно-лучевой литографии - Фиг 3. Далее на непокрытой дисками из фоторезиста поверхности BN формируются пленки из хрома (5), а затем из алюминия (6) толщиной по 0.5 мкм - Фиг 4. Пленка из хрома наносится для улучшения адгезии пленки из алюминия к пленке из BN. С помощью технологии взрывного травления удаляются диски фоторезиста (4) вместе с напыленными на них хромом и алюминием - Фиг 5. Далее в пленке BN вокруг острийных автоэмиттеров формируются полости (7) методом травления тетрафторметаном (CF4) в среде воздуха - Фиг 6. Технологические операции по изготовлению катодно-сеточного узла завершаются его химической очисткой.At the first stage, a matrix of tip emitters (2) is formed on a substrate of carbon material (1) by any known method (by thermochemical etching or laser ablation) - Fig 1. Then, a boron nitride film (3) is deposited from a boron nitride gas medium on a cathode substrate (BN) of thickness H ≤ h, where h is the height of the tip auto emitters - Fig 2. On a BN film above each tip auto emitter, cylindrical disks (4) are formed from a photoresist with a height of 1.2 ÷ 1.4 μm using photo or electron beam lithography - Fig 3. Further on the uncovered disk and the surface of the photoresist film formed from BN chromium (5), and then aluminum (6) by 0.5 micron thickness - Figure 4. The film of chromium is applied to improve the adhesion of the aluminum film to the film of BN. Using the technology of explosive etching, the photoresist disks (4) are removed together with chrome and aluminum sprayed on them - Fig. 5. Then, cavities (7) are formed in the BN film around the tip emitters by etching with tetrafluoromethane (CF4) in air - Fig 6. Technological operations for the manufacture of the cathode-grid unit are completed by its chemical cleaning.

Источники информации:Information sources:

1. Патент 2653694 RU;1. Patent 2653694 RU;

2. Дармаев А.Н., Морев С.П., Муравьев Э.К. Шестеркин В.И. Расчет автоэмиссионных ячеек с высоким аспектным отношением // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Междунар. научн. -.техн. конф. АПЭП - 2016. 22-23 сентября 2016 г. СГТУ. Саратов. Россия. С181-183;2. Darmaev A.N., Morev S.P., Muravyov E.K. Shesterkin V.I. Calculation of field emission cells with a high aspect ratio // Actual problems of electronic instrumentation: materials of Intern. scientific -techn. conf. APEP - 2016. September 22-23, 2016 SSTU. Saratov. Russia. C181-183;

3. Патент 2589722 RU;3. Patent 2589722 RU;

4. Spindt С.А., Brodie I., Humphrey L., Westerberg E.R. Physical properties jf thin-film field emission cathodes with molybdenum cones // Journal jf Applied Physics. Vol.47. №12. 1976. P. 5248-5263;4. Spindt S.A., Brodie I., Humphrey L., Westerberg E.R. Physical properties jf thin-film field emission cathodes with molybdenum cones // Journal jf Applied Physics. Vol. 47. No. 12. 1976. P. 5248-5263;

5. Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M. and et. al. 100 W Operation of a Cold Cathode TWT // IEEE Transactions on Electron Devices, 2009, Vol. 56, No. 5, pp.896-905;5. Whaley D.R., Duggal R., Armstrong C.M. and et. al. 100 W Operation of a Cold Cathode TWT // IEEE Transactions on Electron Devices, 2009, Vol. 56, No. 5, pp. 896-905;

6. Месяц А.Г., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме // Наука. г. Новосибирск. 1984;6. Month A.G., Proskurovsky D.I. Pulse electric discharge in vacuum // Science. Novosibirsk city. 1984;

7. Шестеркин В.И., Глухова О.Е., Иванов Д.В., Колесникова А.С. Расчетно-экспериментальная оценка спектра энергий автоэлектронов для многоострийной катодной матрицы из стеклоуглерода // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59. №8. С. 782-787.7. Shesterkin V.I., Glukhova O.E., Ivanov D.V., Kolesnikova A.S. Calculation and experimental estimation of the energy spectrum of autoelectrons for a multi-edge cathode matrix of glassy carbon // Radio Engineering and Electronics. 2014.V. 59. No. 8. S. 782-787.

Claims (2)

1. Способ изготовления катодно-сеточного узла с вертикально ориентированными острийными автоэмиттерами, включающий формирование на катодной подложке матрицы острийных автоэмиттеров, управляющей сетки с отверстиями для каждого автоэмиттера, отделенной от катода пленкой диэлектрика, отличающийся тем, что на катодной подложке из углеродного материала формируется матрица острийных автоэмиттеров, являющихся продолжением катодной подложки, на которую из бор-нитридной газовой среды высаживается пленка из нитрида бора толщиной Н≤h, где: h - высота острийных автоэмиттеров, далее над вершинами острийных автоэмиттеров формируются диски в форме цилиндра из фоторезиста, а на свободную от дисков поверхность из нитрида бора напыляются пленки из хрома, а затем из алюминия толщиной не более 0.4 мкм, в которых формируются отверстия путем взрывного травления дисков фоторезиста, затем вокруг острийных автоэмиттеров в воздушной среде тетрафторметана вытравливаются полости на всю глубину пленки из нитрида бора.1. A method of manufacturing a cathode-grid assembly with vertically oriented tip emitters, comprising forming a matrix of tip emitters on the cathode substrate, a control grid with holes for each emitter, a dielectric film separated from the cathode, characterized in that a tip matrix is formed on the cathode substrate from a carbon material auto emitters, which are a continuation of the cathode substrate, on which a film of boron nitride with a thickness of N≤h is deposited from boron-nitride gas medium, where: h - the height of the tip auto emitters, then discs in the form of a cylinder made of photoresist are formed over the tops of the tip auto emitters, and films of chromium are sprayed onto the free surface of the discs from boron nitride, and then from aluminum no more than 0.4 μm thick, in which holes are formed by explosive etching of the photoresist discs , then cavities are etched around the tip emitters in the air of tetrafluoromethane to the entire depth of the film from boron nitride. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродного материала для формирования автоэмиттеров используется изотропный пиролитический графит.2. The method according to p. 1, characterized in that isotropic pyrolytic graphite is used as the carbon material for the formation of auto emitters.
RU2019108877A 2019-03-26 2019-03-26 Method for fabrication of cathode-mesh assembly with carbon auto emitters RU2703292C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108877A RU2703292C1 (en) 2019-03-26 2019-03-26 Method for fabrication of cathode-mesh assembly with carbon auto emitters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108877A RU2703292C1 (en) 2019-03-26 2019-03-26 Method for fabrication of cathode-mesh assembly with carbon auto emitters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703292C1 true RU2703292C1 (en) 2019-10-16

Family

ID=68280220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019108877A RU2703292C1 (en) 2019-03-26 2019-03-26 Method for fabrication of cathode-mesh assembly with carbon auto emitters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703292C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789539C1 (en) * 2022-06-03 2023-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method for manufacturing a field-emission cathode

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001008193A1 (en) * 1999-07-26 2001-02-01 Advanced Vision Technologies, Inc. Vacuum field-effect device and fabrication process therefor
US20080129178A1 (en) * 2005-07-19 2008-06-05 General Electric Company Gated nanorod field emitter structures and associated methods of fabrication
US9099272B2 (en) * 2006-12-18 2015-08-04 Micron Technology, Inc. Field emission devices and methods for making the same
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001008193A1 (en) * 1999-07-26 2001-02-01 Advanced Vision Technologies, Inc. Vacuum field-effect device and fabrication process therefor
US20080129178A1 (en) * 2005-07-19 2008-06-05 General Electric Company Gated nanorod field emitter structures and associated methods of fabrication
US9099272B2 (en) * 2006-12-18 2015-08-04 Micron Technology, Inc. Field emission devices and methods for making the same
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Journal of Applied Physics. Vol.47, N12. 1976, p. 5248-5263. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2789539C1 (en) * 2022-06-03 2023-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method for manufacturing a field-emission cathode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6339281B2 (en) Method for fabricating triode-structure carbon nanotube field emitter array
US7465210B2 (en) Method of fabricating carbide and nitride nano electron emitters
US5628659A (en) Method of making a field emission electron source with random micro-tip structures
Spindt et al. Field‐emitter‐array development for microwave applications
US7221087B2 (en) Carbon nanotube-based field emission display
EP0520780A1 (en) Fabrication method for field emission arrays
US5969467A (en) Field emission cathode and cleaning method therefor
RU2703292C1 (en) Method for fabrication of cathode-mesh assembly with carbon auto emitters
JP3246137B2 (en) Field emission cathode and method of manufacturing field emission cathode
Rakhshandehroo et al. High current density Si field emission devices with plasma passivation and HfC coating
JP2000100317A (en) Field electron emission device
Spindt et al. Recent progress in low-voltage field-emission cathode development
Spindt et al. Field-emitter-array development for microwave applications
KR100697515B1 (en) FED using carbon nanotube and manufacturing method thereof
Wei et al. Fabrication of molybdenum carbide and hafnium carbide field emitter arrays
KR20020018157A (en) On-chip vacuum tube device and process for making device
JP3546606B2 (en) Method of manufacturing field emission device
JP2000243247A (en) Manufacture of electron emission element
JP3223650B2 (en) Field emission cathode
Spindt et al. Spindt field emitter arrays
KR20010055227A (en) Field Emission Device Using Carbon Nanotube And Fabrication Method Thereof
RU2678192C1 (en) Method of manufacturing of a field emission element
KR100322611B1 (en) Fabrication Method of Field Emission Device Using Carbon Nanotube
JP2783498B2 (en) Method for manufacturing field emission cathode
KR100317362B1 (en) Field emission device and fabricating method thereof