Способ изготовления автоэмиссионного катода

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии многоострийных структур, а также при изготовлении электродных узлов для лазерных и плазменных систем. Технический результат – возможность обеспечить высокую воспроизводимость геометрических параметров многоострийной структуры за счет использования внешнего магнитного поля, что позволяет упростить технологию изготовления. Способ изготовления автоэмиссионных катодов в виде периодической многоострийной структуры включает формирование на катодной подложке острийных автоэмиттеров, являющихся продолжением катодной подложки и фиксацию многоострийной структуры. При этом формирование катодной структуры происходит из порошкового материала на катодной токопроводящей подложке, а формирование эмиттеров и эмитирующей структуры происходит за счет воздействия внешнего магнитного поля постоянного магнита с магнитной индукцией 0,5-1,5 Тл, находящегося в осевом вращении при частоте 1-5 об/мин и расположенного так, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны катодной подложке, при этом в качестве порошкового материала используют металлические частицы размером 10-100 мкм. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии многоострийных структур, а также при изготовлении электродных узлов для лазерных и плазменных систем.

Существует способ изготовления многоострийных автоэмиссионных катодов (пат РФ № 2486625), в котором способ изготовления автоэмиссионных катодов в виде периодической многоострийной структуры включает очистку и полировку поверхности монолитной углеродной пластины, создание с помощью метода фотолитографии микро-, наноразмерных дисков, окруженных каталитической пленкой металлов переходной группы, термохимическое травление углеродной пластины в среде водорода с образованием столбчатой структуры, которые затем подвергают групповому микро-, наноразмерному заострению в низкотемпературной плазме ВЧ разряда в кислородной или в кислородно-инертной газовых средах.

Недостатком описанного способа является то, что применение термохимического травления и фотолитографии при изготовлении эмиттеров усложняет технологию изготовления и затрудняет возможность воспроизводства геометрических параметров многоострийной структуры.

Существует способ изготовления катодно-сеточного узла с углеродными автоэмиттерами (пат РФ № 2703292), который включает формирование на катодной подложке матрицы острийных автоэмиттеров, управляющей сетки с отверстиями для каждого автоэмиттера, отделенной от катода пленкой диэлектрика, при этом 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. В качестве углеродного материала для формирования автоэмиттеров может быть использован изотропный пиролитический графит.

Недостатком описанного способа является то, что применение взрывного травления при изготовлении эмиттеров усложняет технологию изготовления и затрудняет возможность воспроизводства геометрических параметров многоострийной структуры.

Наиболее близким является способ изготовления автоэмиссионного катода (пат РФ № 2526240), основанный на формировании катодной структуры из углеродного материала, путем воздействия импульсного лазерного излучения по заданной геометрии с формированием эмиттеров и эмитирующей структуры на их поверхности, при этом в качестве углеродного материала используют стеклоуглерод, формирование эмиттеров производят фрезеровкой сфокусированным лазерным излучением и последующей лазерной очисткой поверхности катодной структуры, а нанесение эмитирующей структуры на поверхности эмиттеров катода производят лазерной микрогравировкой с образованием поля микроострий пирамидальной формы с последующей вырезкой основания катода сфокусированным лазерным излучением и лазерной очисткой эмитирующих структур.

Недостатком описанного способа является то, что применение импульсного лазерного излучения, лазерной очистки и лазерной микрогравировки при изготовлении эмиттеров усложняет технологию изготовления и затрудняет возможность воспроизводства геометрических параметров многоострийной структуры.

Задачей изобретения является разработка доступного способа изготовления автоэмиссионного катода с многоострийной структурой с высокими техническими характеристиками.

Технический результат - обеспечить высокую воспроизводимость геометрических параметров многоострийной структуры за счет использования внешнего магнитного поля, что позволяет упростить технологию изготовления.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления автоэмиссионных катодов в виде периодической многоострийной структуры, который включает формирование на катодной подложке острийных автоэмиттеров, являющихся продолжением катодной подложки и фиксацию многоострийной структуры. При этом что формирование катодной структуры происходит из порошкового материала на катодной токопроводящей подложке, а формирование эмиттеров и эмитирующей структуры происходит за счет воздействия внешнего магнитного поля постоянного магнита с магнитной индукцией 0,5-1,5 Тл, находящегося в осевом вращении при частоте 1-5 об/мин и расположенного так, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны катодной подложке, при этом в качестве порошкового материала используют металлические частицы размером 10-100 мкм. Катодная подложка может быть выполнена из магнитного и немагнитного токопроводящего материала.

При нанесении порошкового материала на поверхность катодной подложки из немагнитного материала с постоянным магнитом образуется периодическая структура из частиц порошка, выстроенных вдоль силовых линий магнитного поля. Особенность этой структуры состоит в том, что она состоит из множества острых окончаний, формируемая и удерживаемая внешним магнитным полем. Вариацию многоострийной структуры можно регулировать с помощью количества частиц порошка. С увеличением количества порошка, в центре структуры начинает образовываться эллипс, на вершине которого возникает максимальное распределение электрического поля. С уменьшением количества порошка, вплоть по монослоя частиц формируется периодическая структура в виде единичных выступов высотой h≥d, где d- диаметр микрочастицы.

При нанесении порошкового материала на поверхность катодной подложки из магнитного материала с постоянным магнитом образуется периодическая структура из частиц порошка, выстроенных вдоль силовых линий магнитного поля. Особенность этой структуры состоит в том, что она по своей геометрии формирует полый катод в виде многоострийной структуры частиц.

Воспроизводимость геометрической структуры многоострийного катода обеспечивается с помощью осевого вращения постоянного магнита с магнитной индукцией 0,5-1,5 Тл и угловой скоростью 1-5 об/мин. При этом перпендикулярное расположение постоянного магнита относительно катодной подложки обеспечивает воспроизводимость многоострийной структуры вдоль силовой линии магнитного поля.

Сущность предлагаемого устройства поясняется графическим материалом, на котором изображено:

На фиг.1 - Способ изготовления автоэмиссионных катодов в виде периодической многоострийной структуры: исходная подложка (а), нанесение острийных автоэмиттеров (б), осевое вращение постоянного магнита (в), остановка осевого вращения постоянного магнита (г), фиг.2 - фотография микроострийной структуры катода на катодной подложке из немагнитного материала, представленной порошковыми частицами формата «ядро-оболочка», где в качестве ядра выступают частицы Fe3O4, в качестве оболочки - наночастицы Al, фиг.3 - фотография микроострийной структуры катода на катодной подложке из магнитного материала, представленной порошковыми частицами железа.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример 1. На катодную подложку, в качестве которой выступает токопроводящий немагнитный материала, наносят острийные автоэмиттеры, в качестве которых выступает порошковый материал формата «ядро-оболочка» размером 60 мкм, где в качестве ядра выступают частицы Fe3O4, а в качестве оболочки - наночастицы Al. Катодную подложку фиксируют, а с обратной стороны воздействуют постоянным магнитом с магнитной индукцией 0,5 Тл находящегося в осевом вращении при частоте 1 об/мин и расположенного так, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны катодной подложке и проворачивают его по оси. При вращении магнита частицы двигаются вслед за силовыми линиями магнитного поля, создавая многоострийную структуру. В результате формируется автоэмиссионный катод с многоострийной структурой в форме эллипса (фиг. 2).

Пример 2. На катодную подложку, в качестве которой выступает токопроводящий магнитный материала, наносят острийные автоэмиттеры, в качестве которых выступает порошковый материал железа размером 100 мкм. Катодную подложку фиксируют, а с обратной стороны воздействуют постоянным магнитом с магнитной индукцией 1,5 Тл находящегося в осевом вращении при частоте 5 об/мин и расположенного так, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны катодной подложке и проворачивают его по оси. При вращении магнита частицы двигаются вслед за силовыми линиями магнитного поля, создавая многоострийную структуру полого катода (фиг. 3).

Из примеров видно, что наличие внешнего магнитного поля постоянного магнита, находящегося в осевом вращении, позволяет получать автоэмиссионные катоды с высокой воспроизводимостью геометрических параметров.

Проведенные патентно-информационные исследования показали, что заявляемый способ неизвестен из доступных источников информации. Таким образом, предлагаемое техническое решение удовлетворяет критериям патентоспособности изобретения.

1. Способ изготовления автоэмиссионного катода, основанный на формировании катодной структуры из токопроводящего материала с формированием эмиттеров и эмитирующей структуры на их поверхности, отличающийся тем, что формирование катодной структуры происходит из порошкового материала на катодной токопроводящей подложке, а формирование эмиттеров и эмитирующей структуры происходит за счет воздействия внешнего магнитного поля постоянного магнита с магнитной индукцией 0,5-1,5 Тл, находящегося в осевом вращении при частоте 1-5 об/мин и расположенного так, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны катодной подложке, при этом в качестве порошкового материала используют металлические частицы размером 10-100 мкм.

2. Способ изготовления автоэмиссионного катода по п.1, отличающийся тем, что катодная подложка может быть выполнена из магнитного и немагнитного токопроводящего материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области вакуумной и плазменной электроники и может быть использовано при совершенствовании и создании новых типов газоразрядных приборов (лазеров, приборов О-типа и др.). Технический результат - повышение ресурса работы холодного катода газоразрядного прибора с тлеющим разрядом.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для масс-спектрального анализа состава полярных растворов, находящихся при атмосферном давлении. Технический результат - снижение напряжения для создания сильного электрического поля, экстрагирующего ионы из раствора, устранение генерации посторонних ионов на поверхности мембраны, возможность управлять энергией ионов, выходящих из ЭМИИ в МС анализатор.

Изобретение относится к технологии изготовления острийных автоэмиссионных катодов на основе нанокристаллических (НКА) алмазных пленок с высокими эмиссионными характеристиками, которые находят широкое применение в приборах вакуумной микроэлектроники. Техническим результатом является высокая степень точности воспроизведения геометрических характеристик при изготовлении острийных трубчатых автоэмиссионных катодов, обладающих высокими эмиссионными характеристиками, стабильностью тока при продолжительном ресурсе службы.

Изобретение относится к области вакуумно-плазменной электроники, в частности к разработке и созданию радиационно-стойких приборов и устройств, работа которых основана на использовании полевых источников электронов, и может быть использовано при изготовлении источников белого света, плоских катодолюминесцентных экранов и дисплеев.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной технике и может быть использовано при разработке катодов электронных пушек в интересах создания мощных генераторов сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. Технический результат - повышение степени однородности создаваемой при взрывной эмиссии плазмы, обеспечение технологичности сборки и экономия расходного материала.

Изобретение относится к области электротехники, приборам вакуумной электроники, а именно к способу изготовления автоэмиссионных катодов на основе сборки из двух (шеврон) или трех (Z-сборка) микроканальных пластин (МКП). Способ изготовления катода на основе микроканальных пластин включает формирование катодной структуры нанесением углеродного слоя на поверхность первой МКП сборки, содержащей большое число микроструктур с каналами.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при изготовлении газоразрядных приборов, в частности холодных катодов моноблочных газовых лазеров. Технический результат, заключающийся в расширении области применения способа с целью обеспечения повышенной стабильности характеристик катода в процессе эксплуатации моноблочных газовых лазеров, достигается в способе, согласно которому холодный катод газового лазера и составной анод устанавливают в резонатор кольцевого лазера, производят напайку на вакуумный пост, формируют тлеющий разряд постоянного тока между составным анодом и холодным катодом и производят ионное травление и окисление холодного катода с целью тренировки и стабилизации рабочих свойств холодного катода, при этом в качестве материала холодного катода используют сплав А1 Д16, а ионное травление и окисление холодного катода производят при давлении 170 Па в кислороде в течение десяти перенаполнений по пять минут при общем токе на холодном катоде 8 мА.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к области техники катодно-сеточных узлов (КСУ) с автоэмиссионными катодами для вакуумных электронных устройств, преимущественно приборов с микросекундным временем готовности. Технический результат - повышение точности расположения автоэмиссионных структур напротив отверстий в вытягивающей сетке, снижение автоэмиссионного тока вытягивающей сетки в рабочем режиме КСУ и повышение за счет этого его надежности и долговечности.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к изготовлению катодно-сеточных узлов с матричными автоэмиссионными катодами для электровакуумных приборов, в том числе сверхвысокочастотного диапазона. Технический результат - 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.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию катодно-сеточных узлов с автоэмиссионными катодами для вакуумных электронных устройств, в том числе мощных приборов СВЧ-диапазона с микросекундным временем готовности. Технический результат - повышение равномерности токоотбора от ячеек автоэмиссионного катода.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию катодно-сеточных узлов с автоэмиссионными катодами для вакуумных электронных устройств, в том числе приборов СВЧ-диапазона с микросекундным временем готовности. Технический результат - обеспечение возможности контроля величины автоэмиссионного тока от дискретной ячейки КСУ в процессе его эксплуатации, возможность корректировки потенциалов отдельных автоэмиттеров катода относительно сетки для восстановления работоспособности катода при изменении параметров ячеек в процессе эксплуатации, повышение срока службы КСУ.
Наверх