Пленочный планарно-торцевой матричный автоэлектронный катод

Пленочный планарно-торцевой матричный автоэлектронный катод

Реферат

 

Использование: в области электровакуумных приборов, в частности, в СВЧ-технике, и технике плоских катодолюминесцентных экранов с автоэлектронными ячейками. Сущность изобретения: пленочный планарно-торцевой матричный автокатод содержит подложку, матрицу эмиссионно-активных ячеек, проводящие слои, в том числе эмиттер и изолирующие слои (2 основных и 2 дополнительных), параллельные подложке, слои вытягивающих электродов по торцам основных изолирующих слоев, а также матрицу фиксаторов различных модификаций, скрепляющих структуру автокатода по ее толщине. 10 з.п. ф-лы 2 ил.

Изобретение относится к области электровакуумных приборов и может быть использовано в СВЧ-технике и технике катодолюминесцентных экранов, содержащих автоэлектронные ячейки.

Известно устройство с электронным катодом (АЭК), используемое в дисплее, (патент США N 3755704, кл. H 0I J 1/02, опубл. 1973), содержащее проводящее основание, АЭК в виде конусообразных проводящих выступов, вытягивающий электрод, инициирующий эмиссию, и ортогональные X-, Y-шины.

Недостаток этого устройства низкая долговечность работы в техническом вакууме (10^-6 10^-7 мм рт.ст.), обусловленная прогрессирующим увеличением радиуса кривизны выступов вследствие их полной бомбардировки.

Этот недостаток частично устранен в устройстве [2] которое содержит основание, АЭК в виде лезвийного эмиттера, ортогонального основанию, вытягивающий электрод, X-, Y-шины, изолирующий слой, причем, кромка эмиттера расположена в прорези изолирующего слоя и вытягивающего электрода.

Недостаток этого устройства низкая экономичность, обусловленная необходимостью формирования планарных субмикронных структур по поверхности вытягивающего электрода (шаг перфорирования: 2,5-5 мкм).

Недостаток устранен в наиболее близком техническом решении (прототипе)[3] согласно которому устройство содержит подложку, матрицу эмиссионно-активных ячеек, соединенных X-,Y-шинами, проводящие слои, в том числе слой-эмиттер, изолирующие слои первый и второй основные изолирующие слои, первый и второй дополнительные (дистанцирующие) изолирующие слои параллельные подложке, и слои вытягивающих электродов по торцам первого и второго основных изолирующих слоев.

Недостаток данного решения слабая механическая связность структуры по ее толщине, проявляющаяся при тепловых воздействиях, снижающая экономичность производства и область применения как его самого, так и устройств на его основе.

Задачей изобретения является расширение области применения устройства и повышение экономичности его производства.

Указанная задача решается следующим образом.

Предлагается пленочный планарно-торцевой матричный автоэлектронный катод (ППТМАЭК), содержащий подложку, матрицу эмиссионно-активных ячеек, которые соединены X-, Y-шинами, проводящие слои, в том числе слой-эмиттер, изолирующие слои первый и второй основные изолирующие слои, первый и второй дополнительные (дистанцирующие) изолирующие слои, параллельные подложке, и слои вытягивающих электродов по торцам первого и второго основных изолирующих слоев, а так же матрицу фиксаторов структуры (ППТМАЭК) по ее толщине.

Новым в предложенном устройстве является то, что: 1. ППТМАЭК снабжен матрицей фиксаторов его структуры по толщине; 2. матрица фиксаторов имеет в своем составе островки с повышенной агдезией к слоям и к подложке (второй вариант ППТМАЭК); 3. матрица фиксаторов имеет в своем составе островки микрошероховатости, например, на основе вискеров, нанотруб алмазоподобных соединений (третий вариант ППТМАЭК); 4. фиксаторы имеют в своем составе фигурные скобы, у которых одни части параллельны подложке, а другие расположены под углом к ней; в частности, скобы в поперечном сечении могут быть -образными (четвертый вариант ППТМАЭК); 5. скобы фиксаторов частично заделаны (заглублены) в толщу подложки (пятый вариант ППТМАЭК); 6. скобы фиксаторов частично заделаны в слои и между слоями структуры (шестой вариант ППТМАЭК); 7. скобы фиксаторов прилежат к нерабочим, эмиссионно пассивным частям торцов структуры ППТМАЭК (седьмой вариант ППТМАЭК); 8. скобы фиксаторов имеют конструктивные элементы, расположенные по отверстиям в слоях (восьмой вариант ППТМАЭК); 9. фиксаторы с проводящими конструктивными элементами, расположенными по нерабочим эмиссионно пассивным частям торцов структуры и соединенными с эмиттерами, в частности, через их выводы: такие проводящие элементы фиксаторов могут иметь длины по длинам Y-шин (девятый вариант ППТМАЭК); 10. фиксаторы размещены по углам прямоугольников, образованных пересечением X-, Y-шин (десятый вариант ППТМАЭК); 11. фиксаторы расположены по отверстиям в форме (в плане) уголка, причем одни части фиксаторов ориентированы в направлении X-шин, а другие в направлении Y-шин (одиннадцатый вариант ППТМАЭК).

На фиг. 1,2 изображен ППТМАЭК с различными вариантами расположения фиксаторов.

В соответствии с предполагаемым изобретением ППТМАЭК содержит подложку 1, исполняющую роль основного несущего элемента конструкции, и расположенные на ней матрицы эмиссионно активных ячеек, формирующих на аноде с люминофором (на фиг. 1, 2 не показаны) светоизлучающие элементы отображения информации (пиксели), и соединены строчными сигнальными электродами X-шинами 8 и столбцовыми сигнальными электродами Y-шинами 9.

Каждая эмиссионно активная ячейка 7 содержит подложку 1, несущую первый основной изолирующий слой 2 с вытягивающими электродами по своим торцам (на фиг. 1, 2 не показаны), пленку-эмиттер (на фиг.1, 2 не показана), первый дополнительный (дистанцирующий) изолирующий слой 3, второй дополнительный (дистанцирующий) изолирующий слой 4, второй основной изолирующий слой 5 с втягивающими электродами по своим торцам (на фиг.1, 2 не показаны), а также фиксаторы 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4.

Фигурный фиксатор 6.1 частично заделан в подложку 1; фигурный фиксатор 6.2 соприкасается с нерабочей, эмиссионно пассивной частью торца структуры; фиксатор 6.3 имеет повышенную адгезию к подложке 1 и к первому основному изолирующему слою 2; фигурный фиксатор 6.4 имеет части, параллельные подложке 1, расположенные в первом и втором основных изолирующих слоях 2, 5, и, части, расположенные под углом 90^o к подложке 1, проходящие сквозь первый и второй дополнительные (дистанцирующие) изолирующие слои 3, 4; фиксатор 6.5, в виде островка микрошероховатости на основе, например, вискеров, нанотруб алмазоподобных соединений; фигурный фиксатор 6.6 имеющий части параллельные подложке 1, расположенные по верхней границе второго основного изолирующего слоя 5 многослойной структуры и по нижней границе первого основного изолирующего слоя 2 многослойной структуры; фигурные фиксаторы 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 в виде уголков, одни части которых расположены в направлении X-шин 8, а другие в направлении Y-шин 9.

Устройство работает следующим образом.

В основном электрическом режиме на слой-эмиттер (на фиг. 1,2 не показан) через Y-шины 9 подается отрицательный, а через X-шины 8 на пленки вытягивающих электродов (на фиг. 1,2 не показаны) подается положительный импульс напряжения. Под действием электрического поля, концентрирующегося на торце слоя-эмиттера, возникает автоэлектронная эмиссия. Эмитированные электроны движутся в окрестности торца слояэмиттера в двугранном угле 90^o и могут быть направлены на коллектор (на фиг.1, 2 не показан), например, параллельный подложке 1.

Следствием тока в цепях эмиттера и коллектора и электронной бомбардировки коллектора является нагрев слоев структуры тем больший, чем сильнее токи и бомбардировка, а значит, и нарастающее действие факторов деградации в виде различных термических расширений различных слоев структуры, приводящих к расслаиванию последней. Введение в структуру ППТМАЭК матрицы фиксаторов ограничивает или нейтрализует действие указанных факторов деградации и, тем самым, расширяет область применения устройства. Кроме того наличие фиксаторов позволяет использовать практически наиболее доступные (дешевые) материалы слоев, что повышает экономичность производства устройства.

Подложка 1 может быть выполнена из стекла, первый и второй основные изолирующие слои 2, 5 из SiO, первый и второй дополнительные дистанцирующие слои 3, 4 из Si₃N₄, фиксаторы 6.1, 6.2, 6.3 из Cr, фиксатор 6.4 из SiO₂, фиксатор 6.5 алмазоподобных соединений; фиксаторы 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 из SiO₂, X-шины 8 и Y-шины 9 из Al.

Конструкция по фиг.1, 2 в целом может быть выполнена методами твердотельной электроники, в том числе напылением и травлением через фотошаблоны.

Использование заявляемой конструкции обеспечивает по сравнению с известными техническими решениями то, что структура ППТМАЭК противостоит факторам деградации, а именно, силам расслаивания наложенных друг на друга слоев, которые обусловлены неизбежными различиями слоев по величинам их коэффициентов термического расширения, не только за счет адгезии подложки и слоев друг к другу (указанные выше варианты 2, 3), но и за счет скрепляющего действия (по типу скрепок, заклепок) фиксаторов различных модификаций (указанные выше варианты 4, 5, 6).

Преимущества заявляемого ППТМАЭК по его вариантам 7 -11 состоят в следующем.

ППТМАЭК, варианты 7, 9 скреплены фиксаторами по нерабочей (неэмиттирующей) торцевой периферии ячеек, шин и устройства в целом и, тем самым, имеют устойчивость к наиболее опасным краевым факторам деградации (расслаивания) структуры. Кроме того они имеют преимущества устойчивости к токовым нагрузкам: фиксаторы могут быть составной частью шин, частично принимать на себя токовые нагрузки.

ППТМАЭК, вариант 8, имеет преимущества распределения фиксаторов по зонам наименьшей тепловой устойчивости ячеек устройства, например, центральным, теплоотвод с которых затруднен фиксаторы могут выполнять роль радиаторов.

ППТМАЭК, варианты 10, 11 имеют преимущества плотного размещения эмиссионно активных элементов ячеек по площади подложки, т.к. как фиксаторы размещаются по вершинам прямоугольников, образованных пересечением X-, Y-шин, вне зоны размещения эмиссионно активных элементов ячеек.

Наиболее близким к заявляемому ППТМАЭК, имея в виду его применение в катодолюминесцентных экранах, базовым образцом можно считать катодно-сеточный узел, используемый в матричном катодолюминесцентном экране ИПГ-128x128П, изготавливаемом предприятием-заявителем.

От базового образца заявляемый ППТМАЭК отличается: 1. большей механической связностью структуры по ее толщине, вследствие введения в нее фиксаторов различных модификаций; 2. большей экономичностью, вследствие отсутствия накала катода; 3. безинерционностью возбуждения/прекращения эмиссии.

Формула изобретения

1. Пленочный планарно-торцевой матричный автоэлектронный катод, содержащий подложку, матрицу эмиссионно-активных ячеек, соединенных X-, Y-шинами, проводящие слои, в том числе слой эмиттер, изолирующие слои - первый и второй основные изолирующие слои и первый и второй дополнительные (дистанцирующие) изолирующие слои, параллельные подложке, и слои вытягивающих электродов по торцам первого и второго основных изолирующих слоев, отличающийся тем, что имеет матрицу фиксаторов структуры катода по толщине.

2. Катод по п. 1, отличающийся тем, что матрица фиксаторов содержит островки с повышенной адгезией к слоям и подложке.

3. Катод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что матрица фиксаторов содержит островки микрошероховатости, например, на основе вискеров, нанотруб алмазоподобных соединений.

4. Катод по пп. 1 3, отличающийся тем, что фиксаторы выполнены фигурными, так что одни их части параллельны подложке, а другие расположены под углом к ней, например выполнены в поперечном сечении в виде образных скоб.

5. Катод по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что фиксаторы имеют части, расположенные в подложке.

6. Катод по пп. 1, 4 и 5, отличающийся тем, что фиксаторы имеют части, расположенные в слоях и между слоями.

7. Катод по пп. 1, 4 6, отличающийся тем, что фиксаторы соприкасаются с нерабочими, эмиссионно-пассивными частями торцов структуры пленочного планарно-торцевого матричного автоэлектронного катода.

8. Катод по пп. 1, 4 7, отличающийся тем, что фиксаторы имеют части, расположенные по отверстиям в слоях.

9. Катод по пп. 1, 4 8, отличающийся тем, что фиксаторы, соприкасающиеся с нерабочими, эмиссионно-пассивными частями торцов структуры, выполнены проводящими, соединены с эмиттерами, в частности, через их выводы, выполнены с длиной по длине Y-шины.

10. Катод по пп. 1, 4 8, отличающийся тем, что фиксаторы выполнены по углам прямоугольников, образованных пересечением X-, Y-шин.

11. Катод по пп. 7 и 8, отличающийся тем, что отверстия в слоях имеют в плане форму уголка, при этом одни части фиксаторов ориентированы по X-, а другие по Y-шине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2