Способ получения термоэлектронной эмиссии

Способ получения термоэлектронной эмиссии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ с катода с полупроводниковым эмиссионным покрытием на керне путем приложения внешнего ;напряжения и нагрева: катода, отличающийся тем, что, с целью повышения эмиссионной способности катода за счет снижения контактного барьера металл керна - эмиссионное покрытие, производят непрерывное облучение катода светом в его рабочем режиме. . 2.Способ поп. 1, отличаю щ и и с я тем, что облучение катода производят со стороны эмиссионно .го покрытия, при этом энергия квантов света должна удовлетворять соот .ношёнию Ч Ь1 света « высота контактного барьера металл керна - эмиссионное покрытие} tiVcBera - энергия квантов облучающего света Eq- . ширина запрещенной зоны материала эмиссионного покрытия. ; 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучение като-g да производят со стороны керна, тол (Л ,щина которого не должна превышать ,глубину выхода электронов, из металла с керйа, при этом энергия квантов свете должна удовлетворять соотношению с8ета . о DO 4 О UD :о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

9(53) Н 01 J 1 1.4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfAO

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3422109/18-21 (22) 09.04.82 (46) 07.08.83. Бюл..9 29 (72) А.Г.Ждан и Б.С. Кульварская (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники AH СССР (53) 621 ° 385.032 ° 213(088.8) (56) 1. Кудинцева Г.A. и др. Термоэлектронные катоды. "Энергия", М.-Л., .1966, с. 31.

2. Кудинцева Г.А. и.. др. Термоэлектронные катоды."Энергия",N.=Ì,1966 . c. 90-98 ° (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ с катода с полупроводниковым эмиссионным покрытием на керне путем приложения внешнего

:;напряжения и нагревал катода, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эмиссионной способности катода за счет снижения контактного барьера металл керна — эмиссионное покрытие, производят непрерывное облучение катода светом в его рабочем режиме.

2. Способ по п. 1, о т л н ч а— ю М и и с я тем, что облучение катода производят со стороны эмиссионно,го покрытия, при этом энергия кван.тов света должна удовлетворять соот.ношению Ф с Ф 9с8ето с Е, где ф — высота контактного барьера металл керна - эмиссионное покрытие

-- энергия квантов облучающего света;

Е< - ширина запрещенной зоны материала эмиссионного покрытия.

3. Способ по п, 1, о т л и ч аю шийся тем, что облучение като-ф да производят со стороны керна, тол,щина которого не должна превышать ,глубину выхода электронов,из металла керна, при этом энергия квантов свет С должна удовлетворять соотношению

Р С

Исвета 7Ф1034093

Изобретение относится к эмиссионной электронике и может быть использовано при создании эффективных полупроводниковых термокатодов для электронных приборов различных типов.

Известны способы получения термо- 5 электронной эмиссии, когда, с целью повышения эффективности катодов, осу шествляется отработка оптимальных режимов активирования, внесение специальных присадок непосредственно в )0 эмиссионное покрытие и др (1) .

Однако известные способы не приводят ьо многих случаях к достаточ.ной эффективности катода, которая удовлетворяла бы требованиям со стороны современных электронных приборов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения термоэлектронной эмиссии с катода с полупроводниковым эмиссионным покрытием, заклю- 20 чающийся в приложении внешнего напряжения к катоду и его нагреве в рабочем режиме, Рабочие темературы катодов лежат, в зависимости от типа катода, в области 800-1500 С, а плот- 25 ности тока термоэлектронной эмиссии, обеспечиваемые такими катодами, составляют по порядку величины несколько А/см в непрерывном режиме и сотЯ. ни А/см — в импульсном. Если же 30 необходим срок службы катода порядка десятков и более тысяч часов, отбираемый с катодов ток в непрерывном режиме существенно ниже 2 .

Данный способ получения термоэлектронной эмиссии не обеспечивает

35 достаточно высокой эффективности . эмиссии. Ток эмиссии катода оказывается в ряде случаев недостаточным для его практического применения, особенно в тех случаях, когда предь- 40 являются требования к повышению мощности и одновременно к увеличению службы электронного прибора.

Цель изобретения — повышение эмиссионной способности катода за 45 счет снижения контактного барьера металл керна — эмиссионное покрытие.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения термоэлектронной эмиссии с катода с полупроводниковым эмиссионным покрытием на керне путем приложения внешнего напряжения и нагрева катода, производят непрерывное облучение. катода светом в его рабочем режиме.

Облучение катода производят со стороны эмиссионного покрытия, при этом энергия квантов света должна удовлетворять соотношению

9» " сеето где ф — высота контактного барьера металл керна — эмиссионное покрытие;

Ы д- энергия кван,ов облучающего света;

Š— ширина запрещенной зоны материала эмиссионного покрытия.

Облучение катода производят со стороны керна, толщина которого не должна превышать глубину выхода электронов из металла керна, при этом энер-.. гия квантов света должна удовлетворять соотношению сьрто

Непрерывная подсветка катода в

его рабочем режиме от источника света обеспечивает создание условий, облегчающих прохождение электронами контактного барьера между металлическим керном (или зернами губки из металлов, присадками из порошков тугоплавких металлов в металлокерамике) и эмиссионным покрытием. Причем этот эффект может быть достигнут путем подсветки катода как со стороны эмиссионного покрытия, так и со .сто-, ноны полупрозрачного керна.

На фиг. 1 и 2 представлены возможные конструкции катодной системы, в которых реализуется подсветка со стороны керна и со стороны покрытия соответственно.

Схема содержит анод 1, эмиссионное покрытие 2, керн 3, полупрозрачный (фиг. 1) и массивный (фиг. 2), подогреватель 4, источник 5 подсветки.

Достигаемая при обычном активировании оксидного катода малая работа выхода (Я= 1,3 — 1,4 эН у оксидного катода (Ва, Sr, Са)О при T

600-700) Е затрудняет получение безбарьерного контакта к эмиссионному покрытию, так как работы выхода металла керна Ф (Ni, Мо и др.) лежит, как правило, в пределах 4-5 эВ.

Термоэмиссионная способность катода будет определяться не работой выхода покрытия ч", а высотой контактного барьера между полупроводниковым покрытием и керном. Следовательно для увеличения токоотбора с катода необходимо уменьшить высоту контактного барьера . Эффективное понижение высоты барьера может быть достигнуто путем подсветки катода от постороннего источника света. При осуществлении подсветки со стороны полупроводникового эмиссионного покрытия (например, через отверстие а аноде) должно быть наложено определенное ограничение на энергию квантов облучающего катод света, а именно ц>» Ь1 <В где ЬЪ Ето — энергия кванта облучающего света;

ЕЪ вЂ” "рина запрещенной эоны материала эмиссионного покрытия;

1034093 высота контактного барь- величина контактного барьера между ера металл — эмиссионное никелевым керном и эмиссионным покры. покрытие. иием Ч составляет 3, 5 эВ. При осуДля света с энергией квантов (hg ), ществлении подсветки со стороны змисменьших ширины запрещенной зоны полу- сионного покрытия свет вызовет фопроводникового эмиссионного материала 5 тоэмиссию из керна в покрытие, прой(Е ), слой эмиссионного покрытия -дя без поглощения слой эмиссионного будет прозрачным. По данным разных материала, при этом энергия квантов авторов Еъ,для полупроводникового (hg ) облучающего света должна быть эмиссионного материала лежит в интер-, .меньше 4-б эВ (ширины запрещенной вале 4-б зВ. Таким образом, при h 0 +,,10 зоны эмиссионного материала), но я

<4 эВ свет, пройдя без потери энергии больше 3,5 эВ (высоты контактного через полупроводниковый эмиссионный барьера металл — эмиссионное покрыслой, вызовет фотоэЪиссию из керна . тие), т. е. длина волны облучающего в нанесенный на него эмиссионный слой света должна быть, следовательно, (или из металлического порошка в кон- 5 больше, чем Ц= 0,3-0,2 мкм. Такой тактирующие с ним керна эмиссионного энергии кванта достаточно для того, материала в металлокерамическом ва- . чтобы вызвать фотоэмиссию из керна рианте катода, для чего возбужденным в оксид .и повысить, тем самым, эмисэлектронам надо будет при этом пре-, сионную способность катода. При осуодолеть контактный барьер металл - ществлении подсветки со стороны керэмиссионное покрытие высотой, равной на оптимальная энергия кванта света

Ф- Х, где Ф вЂ” работа выхода металла кер- (И ) должна быть равной по порядку на и f- электронное средствополупро- величины высоте контактного барьера водникового эмиссионного материала. металл — эмиссионное покрытие, т.е.

В случае установки источника под- для никелевого керна и эмиссионного светки со стороны керна последний покрытия (Ца, $г, Са) О, h 13,5 эВ выполнен полупрозрачным с толщиной d и, соответственно, длина волны ., не не превышающей глубину выхода электро- должна быть более 0,35 мкм.. В этом нов из металла, de ", где о - коэф- случае возбужденнные электроны мефициент поглощения йеталла.При этом талла свободно преодолевают барьер. оптимальная энергия кванта облучающего 30 если исходить из уравнения Ричардсвета h9 должна быть такой, чтобы злек- сона (j = АТ е <1K+, где А — унитроны могаи преодолеть высоту контактно- версальная эмиссионная постоянная, го барьера металл — эмиссионное покрытие T — температура катода, — работы

h выхода, к — постоянная Больцмана,, светс

З5 — заряд электрона), то ток термогде Ь 9

ЮЕта энергия кванта облучаю- электронной эмиссии из-за уменьшения ще ro света; работы выхода катода от 3,5 эВ (вывысота контактного барь. сота контактного барьера) до 1,4 эВ ера металл-эмиссион- (работа выхода эмиссионного покрытия) ное покрытие. должен увеличиваться при той же темИтак на основании сформулирован- пературе на несколько порядков велиных выше условий определяются тре-.,чины при полном снятии контактного бования к спектральному диапазону барьера. облучающего катод света в рабочем режиме, которые должнй обеспечить Предлагаемое из обретение поз воляет фотоэмиссию из керна в эмиссионное 45 повысить эффективность термоэлектрон. покрытие катода, что приведет к ного катода, т. е. отношение тока эмисзначительному повышению зффективнос-;сии к рабочей температуре, что прити по сравнению с известными термо- ведет к увеличению ресурса его работы электронными катодами. и, тем самым, к увеличению срока .

Для оценки оптимальных парамет- 50 службы электронного (ионного) ров источника. облучения (длины волны прибора на его основе. Ток термооблучающеro светa), обеспечивающих электронной эмиссии при полном снятии фотоэмиссию из металлического керна контактного барьера должен увеличив эмиссионное покрытие катода, рас- ваться., например, для оксидного касмотрим оксидный катод с никелевым 55 тода от 1 мА/см до нескольких сот керном, на который нанесено полу- мА/cM+. проводниковое эмиссионное покрытие, Таким образом, предлагаемый спопредставляющее собой смешанный соб получения термоэлектронной эмистройной оксид (Ва-Sr-Са)О. Работа сии может быть реализован в шировыхода металла. керна Ф = 4,5 эВ, - ком классе электронных систем что

t а электронное средство эмиссионного придаст им существенные техникоматериала f n1 зВ. Таким образом, экономические преимущества.

1034093

Составитель Г. Жукова

Редактор В. Середа Техред N.Êîñòèê, Корректор И.Ватрушкина

Заказ 5634/54 Тираж.703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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