Ненакаливаемый катод

Ненакаливаемый катод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиик

Социалистических

Реснублик (11)1003195

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.10.81 (21) 3350030/18-2 1 {5) ) Я Кл с присоединением заявки М (23) Приоритет

Н 01 J 1/30

Гесумрствевнвй квавтвт

Опубликовано 07.03.83. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 07.03.83

te делам изобретений и втирытий (53) УДК 621.385. .032.2 12 (088.8 ) И. B. Стригушенко (72) Автор. изобретения

7 "» /

/ (7l ) Заявитель

Московский автомеханический (54) НЕНАКАЛИВАЕМЫЙ КАТОД

Изобретение относится к эмиссионной электронике и микроэлектронике и может быть использовано в электронных приборах в качестве ненакаливаемых катодов.

В ненакаливаемых катодах для получения эмиссии электронов широко используются сильные электрические поля.

Известны ненакаливаемые катоды на основе структур металл-полупроводник, используюшие сильные электрические поля, возникаюшие на границе раздела полупроводник-металл и эмитируюшие горячие электроны в вакуум. Разогрев электронов в таких с тру ктурах и ро исходи т в области контактного барьера при прямом или обратном смешении в. зависимости от типа полупроводника.

Наиболее известный и хорошо изученный катод образуется в тех случаях, когда контакт создается на границе тонкой пленки металла с широкозонным полупроводником т -типа, а смешение образовавшегося диода Шоттки в прямом направле2 нии приводит к разогреву электронов в области контакта при переходе из полупроводника в металлическую пленку. Направление тока через барьер Шоттки,и тока эмиссии электронов в вакуум совпадают, но на границе металл-вакуум сушествует высокий потенциальный барьер и для получения эффективной эмиссии электронов в вакуум требуется снижение работы выхода металлической пленки путем адсорбции на ее поверхности атомов шелочных металлов. Однако снижение работы выхода за счет адсорбции шелочи сопряжено с рядом технологических трудностей, а именно необходимостью поддержания в приборе высокого вакуума, низких температур дЛя предотврашения испарения ато- мов шелочи с эмитируюшей поверхности, и, кроме того, должна быть предусмотрена возможность восстановления испаряю20 шегося щелочного покрытия. Вышеприведенные требования сушественно услож. няют конструкцию прибора, используюшего ненакаливаемый катод этого типа $1).

3 100З1

Наиболее близким к предлагаемому является катод, содержащий два металлических электрола и сегнетополупроводниковый эмиттер, полярная ось которого ориентирована по нормали к плоскости металлических электродов. Металлические элек-. троды служат для управления величиной электронного сродства с помощью электрического поля, создаваемого между базовым электродом, на котором разме- 16 шен сегнетополупроводник, и электродом на эмитируюшей поверхности и приводящего к изменению величины сегнетоэлектрического изгиба зон вблизи эмитирующей поверхности, Ьектронное сродство 15 может быть понижено вплоть до отрицательных значений путем негр ления плен- ка СД,-О толщиной до. 100 Л $2J.

Однако указанный катод обладает рядом существенных недостатков, снижаю= щих его эффективность. Во-первых, высокое внутреннее сопротивление активного слоя (до 10 Ом см) ограничивает ток, а применение тонких (толщиной до 1.00 А) сегнетоэлектрических пленок невозможно р вследствие существования критических толшин, них е которых сегнетоэлектрический изгиб зон уже не наблюдается. Вовторых, эффективность катода-прототипе ограничивается высоким потенциапьным барьером не границе базовый электрод-сег нетоэлектрик, препятствующим инжекции электронов в ективный слой при благоприятном для эмиссии сегнетоэлектрическом изгибе зон.

Цель изобретения — повышение эффективности ненекаливаемых катодов на основе сегнетоэлектриков.

Поставленная цель достигается тем, что в ненакеливаемом катоде, содержащем два металлических электрода и сегнетополупроводниковый эмиттер, полярная ось которого ориентирована по нормали к плоскости металлических электродов, оба металлических электрода расположены на эмитируюшей поверхности сегнетополупроводникового эмиттера, На чертеже приведена схема предлагаемого катода.

Предлагаемый катод используют ñëåдующим образом.

На пластину сегнетозлектрика 1, например ниобата или тантвлата лития, вырезанную перпендикулярно полярной оси и имеющую низкую работу выхода, наносятся, например вакуумным напылением, два металлических контакта 2. Кон95 4 такты соединяются с источником 3 тока и между ними вдоль змитирующей поверхности начинает течь ток. При протекании электрического тока вдоль поверхности, носители тока (электроны) попадают в электрическое поле, обязанное своим существованием спонтанной поляризации и направленное к поверхности перпендикулярно направлению их движения. Под действием этого поля у электронов появляется составляющая скорости в неправлеI нии, перпендикулярном поверхности, поэтому часть .электронов, получившая в направлении к поверхности знергйю, достаточную для преодоления потенциального

; барьера, выходит в вакуум; при этом вся плошадь поверхности, заключенная между металлическими контектами, равномерно эмитирует электроны.

Предлагаемый ненакаливаемый катод реелизован на двух сегнетоэлектриках— ниобате и танталате лития. Максималь— ная эффективность эмиссии на этих катодах на два-три порядка превышает эффективность прототипа.

В монокристаллах сегнетоэлектриков, вследствие спонтанной поляризации, вбли- зи поверхностей, перпендикулярных полярной оси, существует изгиб зон, за счет котОрого выход электронов увеличивается или уменьшается в зависимости от ориентации вектора поляризации относительно этой поверхности, Изгиб зон может быть большим и достигать половины ширины запрещенной зоны. Сегнетоэлектрический изгиб зон приводит к понижению эффективного электронного сродства, которое может принимать нулевые и даже отрицательные значения, что облегчает эмиссию электронов в вакуум, кроме того электронное сродство может быть понижено также путем напыления слоя С -О. В области сегнетоэлектрического изгиба зон напряженность электрического поля достигает 10 -10 В/м. Ускоренные этим полем электроны могут приобрести энергию, достаточную для выхода в вакуум через потенциальный барьер на границе.

В равновесных условиях концентрация электронов даже в восстановленном сегнетоэлектрике мала (И I10" м ), что заметно ограничивает эффективность эмиссии. Повысить эффективность эмиссии можно, увеличив концентрацию электронов в приповерхностной области, например, пропуская электрический ток вдоль эмитируюшей поверхности. С этой целью на пове рхнос ть сегне тоэлектрика, вырезанную перпендикулярно полярной оси и

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1. Ненакаливаемые катоды. Под ред.

М. И. Елинсона, М„Советское рад.о", 1974, с. 129. .2. Авторское свидетельство СССР

25 N 404142, кл. Н 01 У 1/30, 1972.

5 10031 имевшую необходимую для низкой работы выхода ориентацию вектора спонтанной поляризации Р, наносят на некотором расстоянии друг от друга металлическйе контакты, присоединяемые к источ» нику тока. Пропуская электрический ток между контактами, можно увеличить плотность электронов в области поверхности, заключенной между контактами, которая будет являться эмитируюшей поверхнос- 10 тью.

Таким образом, предлагаемое решение повышает эффективность катода, так как исключает пропускание тока через всю толшину активного слоя катода, т. е. вы- 35 сокое внутреннее сопротивление сегнетоэлектрика практически не оказывает влияния на эмиссию, Эффективность эмиссии может быть повышена также нанесением на эмитируюшую поверхность слоя С .

Предлагаемый ненакаливаемый катод ,,обладает еше одним важным свойством, а именно — переориентация вектора спонтанной поляризации на противоположное напряжение приводит к изменению знака

95 6 изгиба зон и, следовательно, к увеличению работы выхода эмитируюшей поверхности, т. е. к запиранию эмиссии.

Формула изобретения

Ненакаливаемый катод, содержаший два металлических электрода и сегнетополупроводниковый эмиттер, полярная

ocb которого ориентирована по нормали к плоскости металлических электродов, о т л и ч а ю ш и и с я тем. что, с цельн повышения эффективности катода, оба металлических электрода расположены на эмитируюшей поверхности сегнетополупроводникового эмиттера.

Составитель Г. Кудинцева

Редактор А. Власенко Техред М. Костик КорректорС. Шекмар

Заказ 1577/38 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4