Способ изготовления многолучевого электровакуумного прибора, катод которого имеет эмиссионную топологию

Способ изготовления многолучевого электровакуумного прибора, катод которого имеет эмиссионную топологию

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: способ изготовления многолучевого ЭВП. катод которого имеет заданную эмиссионную топологию. Сущность изобретения вскрытие антиэмиссионного покрытия осуществляют путем ионно-плазменного травления сквозь отверстия в электродах электронно-оптической системы при нагретом катоде, а несамостоятельный газовый разряд прекращают по достижении током в цепи катода стационарного состояния. 2 ид

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4952497/21 (22) 28.06.91 (46) 30.11.93 Бюл. Йи 43-44 (71) Государственное научно-производственное предприятие "Исток" (72) Фискис АЯ:, Гурков Ю.В.; Ветров 4Н. (73) Государственное научно-производственное предприятие "Исток" (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЛУЧЕВОГО ЭЛЕКТРОВАИУУМНОГО ПРИБОРА, КАТОД ХОТОРОГО ИМЕЕТ ЭМИССИОНН г О ТО(в) RU (1ц 2ОО4О27 Cl

Ю) s H013ä

ПОЛОГИЮ (57) Использование: способ изготовления многолучевого ЭВП. катод которого имеет заданную эмиссионную топологию. Сущность изобретения: вскрытие антиэмиссионного покрытия осуществляют путем ионно-плазменного травления сквозь отверстия в электродах электронно-оптической системы при нагретом катоде, а несамостоятельный газовый разряд прекращают по достижении током в цепи катода стационарного состояния. 2 ил.

2004027

Изобретение относится к электронной технике. в частности к технологическому процессу производства многолучевых ЭВП

О-типа, катоды которых должны иметь строго заданную эмиссионную топологию.

В настоящее время формирование многолучевой эмиссионной структуры на поверхности катода, покрытого пленкой антиэмиттера, производят в собранной электронной пушке перед постановкой ее в

ЭВП. Вскрытие эмиттирующих пятен на поверхности катода по этому способу производится на установке катодного распыления путем ионной бомбардировки поверхности катода сквозь отверстия электродов электронно-оптической системы (ЗОС) ЭБП (изолированных от катода) при вытягивании ионного потока на обрабатываемый катод электрическим полем, нормальным к магнитному полю ионного инжектора установки катодного распыления (1).

Недостатком такого способа формирования многолучевой эмиссионной структуры на поверхности катода Mÿîãîïó÷eBîãо

ЭВП является трудность размерного вскрытия пятен вследствие отклонения ионного потока на катод магнитным полем ионного инжектора, Ионы бомбардируют поверхность катода под различными углами, в результате чего бомбардировке могут подвергаться участки поверхности катода, которые затенены модулирующим электродом. Это подтверждается наличием электронного тока на модулирующий электрод, который при подаче рабочих напряжений на электроды ЗВП должен быть бестоковым.

Не устраняется трудность соосного совмещения эмиттирующих пятен катода с пролетными каналами ЭВП. Несоосность эмиттирующих пятен катода отверстиям B электродах многолучевых ЭОС и пролетным каналам резонаторного блока ЭВП обуславливает ухудшение токопрохождения, что мо>кот вызвать пере рев резонаторного блока (вплоть до расплава его пролетных труб), при этом в ЭВП значительно ухудшается вакуум, снижается электрическая прочность межэлектродных промежутков, провоцируются внутриламповые пробои, травится катод и ЗВП выходит из строя.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ, по которому формирование строго заданной эмиссионной топологии на поверхности катода, покрытого пленкой антиэмиттера, производят ионной бомбардировкой сквозь отверстия в электродах ЗОС заваренного многолучевого прибора в процессе обезгаживания его на отка llloM посту в несамо5

55 стоятельном газовом разряде в магнитном поле постоянного магнита, фокусирующего ионные потоки на обрабатываемый катод соосно пролетным каналам ЭВП и установленного между экранирующим магнитным катодным полюсом (анодом ЭОС) прибора и съемным вспомогательным (технологическим) магнитным полюсом, расположенным параллельно катодному полюсу ЭВП и находящимся вне ЭБП за обрабатываемым катодом, при одновременной подаче на обрабатываемыл катод постоянного напряжения, недостаточного для эа>кигания самостоятельного разряда в ме>кэлектродных промежутках, образованных электродами

ЭОС ЭВП, и высокочастотного напря>кения, необходимого для создания плазмы, при этом катодные падения потенциалов в ме>кэлектродных промежутках катод — модулирующий (управляlOùèé) электрод и модулирующий электрод — анод имеют значения, меньшие величины критического потенциала катодного распыления, а в промежутке катод — анод катодное падение потенциала больше величины критического потенциала катодного распыления (21, Вскрытие эмиттирующих пятен на поверхности катода, очистку катода и других электродов ЭОС и ЭВП производят ступенчатой по массам ионной бомбардировкой при последовательном уменьшении масс бомбардирующих ионов (например, ксенон-аргон, аргон-азот, азот-водород). При этом завершение процесса ионного вскрытия эмиттирующих пятен на поверхности катода устанавливается, исходя из интенсивности и продол>кительности ионной бомбардировки, Недостатки этого способа, Локальное вскрытие антиэмиссионного покрытия и формирование необходимой эмиссионной структуры (эмиссионной топологии) на эмиттирующей поверхности катода производятся без нагрева катода и близлежащих к нему электродов до температур эксплуатации в ЭВП, При включении катодно-подогревательного узла нагрева катода и электродов ЭОС ЭВП до эксплуатационных температур происходят изменения взаимного положения электродов и ме>кэлектродных расстояний в ЭОС вследствие тепловых процессов расширения и деформации. Поэтому геометрические параметры ЭОС во время технологической обработки не соответствуют параметрам системы во время эксплуатации при нагретом катоде. Все зто отрицательно сказывается на токопрохождении, электрических параметрах, надежности и долговечности ЭВП. Процесс ионного вскрытия контролируется только по

2004027

30

40 времени и интенсивности ионной бомбардировки. Поэтому вследствие разбросав толщины антиэмиссионных пленок, закрывающих активную поверхность катода, может оказаться, чта в одном случае змиттирующая поверхность не вскрыта, в другом случае у катода частично вытравлен активный слой. Зта недопустимо для металлопористых катодов, эмиссионная способность которых повышается за счет нанесения на эмиттирующую поверхность тонкой пленки осмия. Лнтиэмиссианае покрытие, используемое в ионна-плазменном формировании заданной эмиссионной структуры, наносится в виде пленки í, осмированную поверхность катода, В этом случае требуется строгое соблюдение глубины ионного травления в области эмиссионных пятен для тога, чтобы удалялся только антиэмиттер и не удалялось тонкое 2 (0,4 — 0,6 мкм) осмиевае покрытие, Если процесс ионного травления контролируется только па интенсивности и времени ионной бомбардировки, то воспроизводимое удаление пленки антиэмиттера с поверхности 2 пленки осмия практически невозможно, Целью изобретения является повышение точности изготовления мнагалучевого прибора.

Цель достигается тем, что по способу изготовления ЭВП, катод которого имеет заданную эмиссионную топологию, включающему вскрытие антиэмиссионнога покрытия на поверхности катода путем ионна-плазменного травления в несамостоятельном газовом разряде сквозь отверстия в электродах ЗОС и контроль окончания вскрытия, вскрытие производят при нагретом катоде, а разряд прекращают по достижении током в цепи катода стационарнога состояния, вскрытие производят при температуре эксплуатации катода в ЗВП. Формирование многолучевой эмиссионной структуры на поверхности катода, покрытого пленкой антизмиттера, производят ион- ной бомбардировкой нагретого до рабочей температуры катода.

Вскрытие эмиттирующей поверхности катода, нагретого до рабочей температуры эксплуатации его в ЭВП, обеспечивает со- 5 здание условий, когда геометрия и взаимное расположение электродов ЭОС во время технологического процесса соответствуют геометрии и взаимному расположению электродов ЭОС во время 5 эксплуатации, Величина разрядного тока до вскрытия эмиттирующих пятен на поверхности катода, обусловленная только значениями потенциалов на электродах ЭОС, амплитудой высокочастотного паля асциллятара, напря женнастью магнитного поля и т.п,. постоянна да обна>кения эмиттирующей поверхности катода. Па мере вскрытия змиттирующих пятен разрядный ток B цепи катода начинает увеличиваться з" счет термоэмиссии с обнаженных участков поверхности катода и участия тока термаэмиссии в процессах ионизации рабочего газа. Рост разрядного тока продолжается только до полного вскрытия эмиттирующих пятен.

Прекращение раста величины разряднога тока в цепи катода свидетельствует о завершении процесса формирования мнагалучевай эмиссионной структуры на поверхности катода, покрытого пленкой антиэмиттера.

На фиг,1 показана схема реализации способа изготовления многолучевага ЭВП; на фиг.2 — зависимость разрядного тока в цепи катода от времени проведения процесса ионна-плазменной обработки катода.

На фиг.1 показаны катод 1, змиттирующая поверхность которого покрыта пленкой антиэмиттера, модулирующий электрод 2

ЭОС, отверстия которого саасны пролетным каналам резанаторнога блока ЭВП и который является маской для ионного травления антиэмиттера катода, катодный палюс— анод 3 ЭВП, являющийся одним из полюсов постоянного магнита 4, установленного так, чта ега силовыелинии перпендикулярны поверхности катода и параллельны асям пролетных каналов, сьемный технологический пал ос 5 магнита 4, установленный вне ЭВП за обрабатываемым катодом 1 параллельно катаднаму полюсу — аноду ЗБП, Обрабатываемый катод 1 через конденсатор подсоединен к выводу маломощного (10 — 30 Вт) высокавальтнага (10 — 15 кВ) высокочастотного (f > 100 кГц) осциллятара 6, абеспечива ащего эффективную ионизацию молекул

"рабочего" газа в разрядном промежутке катод 1 — анод 3. Кроме тога, катод 1 через высокочастотный фильтр (дроссель) 7 высокой частоты и конденсатор 8, защищающий выпрямители 9 и 10 от воздействия на них высокочастотного напряжения осциллятара б, подсоединен к отрицательным клемма л выпрямителей 9 и 10. Подогреватель катода

1 подключен к накальному источнику 11.

Катадный полюс — анод 3 ЗВП подключен к положительной клемме выпрямителя 9, а управляющий модулиру ащий электрод 2 — к положительной клемме выпрямителя 10.

Вскрытие эмиттирующих пятен на поверхности катода производится следу ощим образам.

Установленный на откачнай пост ЭВП, катод которого покрыт антиэмиттерам, откачивается до высокого вакуума P < 1 10

2004027

30

Па, затем с помощью натекателя "рабочего газа (например, ксенона) устанавливают в приборе "рабочее" давление порядка

5" 10 — 5 Па. После установления "рабочего давления" в ЗВП включают источник !1 накала катода ЭВП и устанавливают напря>кение накала, обеспечивающее рабочую температуру катода, после чего включают выпрямители 9 и 10 и устанавлива1от рабочиа напряжения на электродах ЭОС ЭВП, При этом разность потенциалов между электродами ЗОС катод — модулирующий электрод и модулирующий электрод — анод должна быт MBIibLLIp, величины критического потенциала катодного распыления, т.е, < 500 Б, а разрядные токи в цепи катода и модулиру|ощего электрода, при отсутствии высокочастотного напряжения осцилляторэ равны нулю. Такое распределение поте;- циалов в межзлектродных промежутках катод — модулирующий электрод и модулирующий электрод — анод исключает возможность катодного распыления антизмиттера с поверхности катода, затененного модулиоующим электродом, и распыление самого модулирующего электрода со стороны катодного полюса — анода

ЗВП, При этом разность потенциалов ме>кду анодом и катодом оказывается больше величины критического потенциала катодного распыления (разность потенциалов между катодом и анодом складывается из разности потенциалов катод — модулирующий электрод и модулирующий злектрод— анод), что обеспечивав эффективное катод" ное распыление антиэмиттера с участков поверхности катода, незатененных модулирующим алек-гродом, Ионное вскрытие эмиттирующих пятен на поверхности катода контролируется по динамике величины разрядного тока в цепи катода, Достижение стационарного значения для данной ЭОС ЭВП величины разрядного тока в цепи катода свидетельствует о завершении процесса формирования на поверхности катода, покрытого антиэмиттером, заданHoA эмиссионной топологии.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа формирования на поверхности катода заданной эмиссионной топологNLA fl!>оиэводилась I%9 многолучевой

ЭОС (19 лучей), металлопористый катод которой имел пленку антиэмиттера толщиной 15 мкм. Для проверки способа был изготовлен макет, который кроме ЭОС содер>кал изолированный от корпуса (анода) коллектор электронов, Макет был установлен на откачной пост, вакуумная система которого имела дозирующий вентиль-натекатель, позволяющий устанавливать в обрабатываемом ЗВП за счет потока "рабочего" газа необходимое для вскрытия давления (5-5х х10 Па). На макет устанавливался постоян-1 ный магнит 4, одним полюсом которого был катодный полюс 3, а другим — внешний технологический магнитный полюс 5, установленный за обрабатываемым катодом параллельно катодному полюсу 3. После откачки макета до высокого вакуума P < 1. 10

Па дозирующим вентилем-натекателем устанавливалось рабочее давление Р= 5 Па, определяемое величиной парциального давления "рабочего" газа (аргона), затеи включался источник 11 накала и устанавливалась напря>кение накала, обеспечивающее рабочую температуру катода (при р =

=5 Па, !.4 =8 В вместо 6,3 В), и на электроды

ЗОС ЭВГ! (как это показано на чертеже) от выпрямителей 9 и 10 подавалось постоянное напряжение 300 В между катодом 1 и модулирующим электродом 2 и 400 В между модулирующим электродом 2 и катодным полюсом (анодом) 3, Таким образом, разность потенциалов между катодом 1 и анодом 3 составляла 700 В. При этих напряжениях на электродах ЭОС ЭВП и отсутствии высокочастотного напря>кения осциллятора 6 разрядные токи в целях катода и модулирующего электрода равнялись нулю. При включении высокочастотного осциллятора 6 и наличии на электродах ЗОС укаэанных напряжений в цепях катода и модулирующего электрода устанавливались разрядные токи.

На фиг.2 показана зависимость разрядного тока в цепи катода от времени проведения процесса, В цепи катода !раз.к. =

=40-42 мЛ, в цепи модулирующего электрода !раз.и. = 0,7-1 мА, Величина разрядного тока в цепях катода и модулирующего электрода оставалась постоянной до начала обнажения активной поверхности катода. По мере вскрытия змиттирующей поверхности горячего катода величина разрядного тока в цепи катода. увеличивалась вплоть до достижения стационарного значения !рзз.K. = 7880 мА, после чего рост разрядного тока в цепи катода не наблюдался, При этом величина разрядного тока в цепи модулирующеro электрода практически не изменялась.

Таким образом, момент достижения стационарного (предельного) значения величины разрядного катода является моментом завершения процесса формирования на поверхности катода, покрытого антизмиттером, многолучевой эмиссионной структуры, Контроль процесса формирования на поверхности катода, покрытого пленкой антиэмиттера, заданной эмиссионной тополо10

2004027 гии по разрядному току в цепи катода исключает влияние разброса толщины пленок антиэмиттера, так как окончание процесса формирования эмиссионной структуры фиксируется по установлению стационарного предельного значения величины разрядного тока в цепи катода для данной ЭОС. Кроме того, увеличивается оперативность вскрытия эмиттирующих пятен за счет участия электронного тока термоэмиссии с обнажаемых участков поверхности катода в процессе ионизации "рабочего" газа.

По завершении процесса формирования на поверхности катода заданной эмиссионной топологии производились процесс ионной очистки поверхности электродов

ЭОС и ЭВП и процесс молекулярного распыления нейтрализованных ионов, реализуемый путем ступенчатой по массам ионной бомбардировки, после чего макет откачиФормула изоб ретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЛУЧЕВОГО ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ПРИБОРА, КАТОД КОТОРОГО ИМЕЕТ

ЭМИССИОННУ10 ТОПОЛОГИЮ, включающий вскрытие антиэмиссионного покрытия на поверхности катода путем ионно-плазменного травления в несамостоятельном газовом разряде сквозь отверстия в электвался до высокого вакуума и обезгаживался в принятом режиме обезгаживания для данного ЭВП. По завершении процесса обезгаживания макета на откачном посту

5 производилось измерение токопрохождения в срезанном с откачного поста макете.

Токопрохождение в макете превышало

95, при этом ток в цепи модулирующего электрода был равен нулю.

10 (56) 1, Научно-технический отчет М 140—

7283, НПО "Исток", 1985. Разработка технологии получения катодов локализованными эмиссионными зонами

15 при диаметре луча 1000 мкм и исследование возможности совмещения эмиссионного удара катода с анодно-сетчатой структурой прибора.

2. Авторское свидетельство СССР

20 М 1264760, кл, Н 01 J 1/13, 1985. родах электронно-оптической системы и контроль окончания вскрытия, отличаю25 щийся тем, что, с целью повышения точности изготовления многолучевого прибора, вскрытие производят при температуре эксплуатации катода в электровакуумном приборе, а разряд прекращают после

30 достижения током в цепи катода стационарного состояния.

2004027 д N 1У УР 8У РО 1, Составитель А. Фискис

Текред M. Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Редактор T. Юрчикова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3326

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101