Вакуумный микродиод

Вакуумный микродиод

Реферат

 

Использование: изобретение относится к основным элементам электрического оборудования и может быть использовано для создания вакуумных интегральных схем различного назначения, плоских катодолюминесцентных экранов. Сущность изобретения: в вакуумном микродиоде, включающем диэлектрическую подложку с расположенными на ней пленочным анодом, диэлектрической прослойкой, острийным автоэлектронным катодом и вывод для подключения источника электрического питания, при этом прослойка выполнена с отверстиями, а катод - с отверстиями по отверстиям в прослойке и оголен от прослойки по краям отверстий, катод выполнен с прорезями по форме кромок отверстий, а прослойка несет по прорезям пленочные нагрузочные сопротивления. Катод выполнен слоистым, причем первая и третья пленки одинаковы по порядку толщины и коэффициента термического расширения, а вторая пленка оголена по отверстиям от первой и третьей на одинаковую глубину в своих частях, прилежащих к отверстиям, катод выполнен в виде лент, каждая из которых имеет свои поперечные прорези и сопротивления; анод выполнен с выступами по отверстиям в прослойке. 1 ил.

Изобретение относится к основным элементам электрического оборудования и может быть использовано для создания вакуумных интегральных схем различного назначения, плоских катодолюминесцентных экранов.

Известен вакуумный микродиод (ВМД), используемый в дисплее по патенту США N 3.921.022, МКИ: Н 01 I 1/02, содержащий ненакаливаемый (автоэлектронный) катод в виде проводящей подложки с конусообразным проводящим выступом и анод в виде проводящей пленки с отверстием по месту выступа, выводы катода и анода. Недостатком такого ВМД аналога (именуемого ниже первый аналог) является низкая долговечность в техническом вакууме (10^-6-10^-7 мм рт.ст.), обусловленная прогрессирующим увеличением радиуса кривизны вершины выступа катода вследствие его ионной бомбардировки.

Недостаток частично устранен в ВМД аналоге (именуемом ниже второй аналог) по статье А.А.Васенкова и др. Низковольтные кремниевые матричные автоэлектронные катоды (Электронная промышленность, вып. 8(166), 1987 г. стр. 48-49) за счет применения проводящей подложки с лезвийным выступом, расположенным в прорези анода. Однако имеется другой недостаток - неоднородность эмиссии различных параллельно действующих лезвий, например, в составе матричной структуры с общей подложкой.

Недостаток второго аналога устранен в третьем аналоге по патенту ЕР N 0316214 А1 МКИ⁴: Н 01 I 1/30 под названием "Источник электронов на микроостриях. " за счет применения нагрузочных сопротивлений, расположенных между подложкой и выступами. Однако имеется еще недостаток низкая экономичность, обусловленная необходимость формирования субмикронных структур в плоскости анода.

В качестве прототипа, в котором устранен этот недостаток, взято техническое решение по источнику: "H.Komatsu "Fabrication and characteristics of vacuum microelectronic devices. ", Technical Digest of IVML-91, Nugahama 1991, III-4 (рр.49-49), содержащее диэлектрическую подложку, острийный пленочный автоэлектронный катод, пленочный анод, диэлектрическую прослойку, выводы катода и анода, при этом подложка несет прослойку и анод, прослойка несет катод, прослойка выполнена с отверстиями, катод выполнен с отверстиями по отверстиям в прослойке, катод оголен от прослойки по кромкам отверстий.

Недостаток прототипа тот же, что и у указанного второго аналога, а именно неоднородность эмиссии различных параллельно действующих лезвий.

Предлагаемое техническое решение данного недостатка не имеет и заключается в том, что в вакуумном микродиоде, включающем диэлектрическую подложку с расположенными на ней пленочными анодом, диэлектрической прослойкой, острийным автоэлектронным катодом и вывод для подключения источника электромагнитного питания, при этом прослойка выполнена с отверстиями, а катод с отверстиями, а катод с отверстиями по отверстиям в прослойке и оголен от прослойки по краям отверстий, катод выполнен с прорезями по форме кромок отверстий, а прослойка несет по прорезям пленочные нагрузочные сопротивления. Кроме того, катод выполнен слоистым, причем первая и третья пленки одинаковы по порядку толщины и коэффициента термического расширения, а вторая пленка оголена по отверстиям от первой и третьей на одинаковую глубину в своих частях, прилегающих к отверстиям, катод выполнен в виде заостренных лент, каждая из которых имеет свои поперечные прорези и сопротивления; анод же выполнен с выступами по отверстиям в прослойке. К этому следует добавить, что анод выполнен в виде параллельных Х шин, катод в виде Y шин, ортогональных Х-шинам, отверстия выполнены по местам пересечений Х и Y - шин, а выступы выполнены из катодолюминофора различного состава.

Обоснование преимуществ заявленного ВМД состоит в том, что благодаря нагрузочным сопротивлениям различные ВМД при их компоновке в параллельно действующие, например, матричные структуры, имеют в первом приближении одинаковые характеристики и как следствие более широкие области применения.

На чертеже изображен вариант заявленного ВМД в сечении плоскостью, перпендикулярной подложке и кромке катода: 1 подложка, 2 анод, 3 - прослойка, 4,5,6 слоистый (трехслойный) катод, 7 вывод катода, 8 - нагрузочное сопротивление, 9 выступ анода.

Назначение и связь элементов конструкции в статике: подложка 1 несущее основание, анод 2 электрод, инициирующий эмиссию и одновременно коллектор эмиттированных электронов, средняя пленка 5 катода собственно автоэлектронный эмиттер, нижняя пленка 4 и верхняя пленка 6 катода обеспечивают адгезию пленочных компонент 3,4,5,6,7 структуры друг к другу, 7 - контактный электрод для подключения катода к источнику электрического питания, нагрузочное сопротивление 8 снижает неоднородность эмиссии различных параллельно действующих фрагментов пленки 5, за счет выступа 9 сокращается расстояние от торца пленки 5 до анода, повышена низковольтность ВМД.

Подложка 1 может быть выполнена из стекла, анод 2 и вывод 7 из алюминия, прослойка 3 из окиси кремния, пленки 4,6 из хрома, пленка 5 из углерода, сопротивление 8 из кремния, выступ 9 из алюминия или из катодолюминофора.

Конструкция ВМД на чертеже в целом может быть выполнена методами твердотельной электроники по аналогии с прототипом.

В основном электрическом режиме на катоды 4,5,6 подается через вывод 7 отрицательный, а на анод 2 положительный импульсы напряжения. При этом под действием электрического поля, концентрирующегося на торце пленки 5, возникает автоэлектронная эмиссия, поток электронов попадает на анод 2 (выступ 9).

Имеется дополнительный вариант заявленного ВМД, характеризующийся признаками одинаковости порядка толщины пленок 4,6, одинаковости порядка коэффициента термического расширения пленок 4, 6, а также признаком оголенности пленки 5 от пленок 4,6 на одинаковую глубину эти признаки предотвращают изгиб катода (изменение геометрии и токовых характеристик ВМД) при изменении температуры ВМД в условиях эксплуатации.

Вариант заявленного ВМД с выступом 9 анода 2 может быть выполнен гальваническим осаждением на анод металла либо в варианте ВМД как вакуумного светодиода, катодофорезным осаждением катодолюминофора.

Имеется также дополнительный вариант заявленного ВМД, характеризующийся признаками катода, выполненного в своих частях, прилежащих к отверстиям, в виде лент (с прорезями, ортогональными кромкам отверстий) так, что каждая лента имеет свои поперечные прорези и сопротивления. Благодаря такому отличию количество эмиссионно активных центров на кромке пленки 5 по отверстию возрастает, общий эмиссионный ток катода увеличивается.

Еще один вариант ВМД имеет дополнительное отличие, состоящее в том, что анод выполнен в виде параллельных Х-шин, катод выполнен в виде параллельных Y-шин, ортогональных Х шинам, отверстия выполнены по местам пересечения X-, Y-шин, выступы выполнены из катодолюминофора различного состава (различного цвета свечения). Благодаря такому отличию расширяются функциональные возможности ВМД, в частности он может использоваться в режиме полноцветного и телевизионного дисплея.

Работоспособность заявленного ВМД обоснована данными о работоспособности аналогов, результатами анализа закона автоэлектронной эмиссии (Фаулера-Нордгейма).

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное решение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, в частности для создания плоских катодолюминесцентных экранов; для заявленного решения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной ниже формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных выше или известных до даты приоритета средств и методов; средство, включающее заявленное решение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требования "промышленная применимость" по действующему законодательству об изобретениях.

Формула изобретения

Вакуумный микродиод, содержащий диэлектрическую подложку с расположенными на ней пленочными анодом, диэлектрической прослойкой, автокатодом, нагрузочным сопротивлением и выводами для подключения источников электрического питания, прослойка выполнена с отверстиями, автокатод с отверстиями по отверстиям в прослойке, отличающийся тем, что автокатод выполнен трехслойным, первый и третий слои одинаковы по толщине и коэффициенту термического расширения, второй слой оголен от первого и третьего на одинаковую глубину, выполнен в плане в виде заостренных лент со свободными торцами, приходящимися на отверстия, каждая лента имеет собственное нагрузочное сопротивление, несет пленочную шину, удаленную от отверстия на большее расстояние по сравнению с нагрузочным сопротивлением, анод оснащен по отверстиям в прослойке проводящими выступами, например, из катодолюминофора.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 08.08.2005

Извещение опубликовано: 20.07.2006        БИ: 20/2006