Вакуумный пленочный микроприбор с автоэлектронными эмиттерами

Вакуумный пленочный микроприбор с автоэлектронными эмиттерами

Реферат

 

Устройства с пленочным планарно-торцевым и/или игольчатыми автоэлектронными катодами для СВЧ-техники и отображения информации содержат защитные слои (ЗС) по местам вытягивающего электрода, менее удаленным от собственно эмиттеров. ЗС структурирован в различных модификациях: нагрузочного сопротивления, люминофора, вторично электронного эмиттера, расположенного на непроводящих фрагментах ЗС. Техническим результатом являются: равномерность распределения эмиссии по массиву эмиттеров, низкоомно соединенных своими основаниями, устойчивость шин вытягивающих электродов к тепловым перегрузкам и к электронно-ионной бомбардировке, низковольтность по напряжению вытягивающего электрода (по внешнему источнику). 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

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

Известно устройство с автоэлектронным эмиттером (АЭЭ), используемое в дисплее (см. патент США N 3755704, опубл. 1973 г., МКИ: H 01 J 1/02), содержащее проводящее основание, АЭЭ в виде проводящих конусообразных выступов, вытягивающий (инициирующий эмиссию) электрод и пленочные ортогональные X-, Y-шины.

Недостатком данного аналога является низкая долговечность работы в техническом вакууме (10^-6 - 10^-7 мм рт.ст.), обусловленная прогрессирующим увеличением радиуса кривизны выступов вследствие их ионной бомбардировки.

Недостаток частично устранен в устройстве по источнику: А.А.Васенков и др. "Низковольтные кремниевые матричные автоэлектронные катоды", "Электронная промышленность", вып. 8 (166), 1987 г., стр. 48-49, которое содержит основание, АЭЭ в виде лезвийного катода, ортогонального основанию, вытягивающий электрод X-, Y-шины, изолирующий слой, причем кромка эмиттера расположена в прорези изолирующего слоя и вытягивающего электрода.

Недостаток такого аналога - низкая экономичность, обусловленная необходимостью формирования планарно субмикронных структур по поверхности вытягивающего электрода - шаг перфорирования 2,5 - 5 мкм.

Недостаток устранен в устройстве - аналоге по а.с. N 376826, МКИ: H 01 J 1/30, опубл. 1973 г., в котором лезвийные эмиттеры расположены параллельно подложке - это дает возможность формировать матричные АЭЭ без применения планарной субмикронной литографии. Однако имеется другой недостаток - неоднородность эмиссии различных параллельно действующих эмиттеров, например в составе матричного АЭЭ.

В качестве прототипа, в котором отсутствует этот недостаток, выбрано устройство по патенту EP N 0316214 A1, МКИ: H 01 J 1/30, под названием "Источник электронов на микроостриях и устройстве визуализации на основе катодолюминесценции. ..", содержащее диэлектрическое основание, вытягивающие электроды (коллекторы), изолирующие прослойки, нагрузочные сопротивления и выводы для подключения источников электрического напряжения. При этом подложка несет вывод эмиттера, сопротивление, эмиттер, прослойку, причем прослойка выполнена с отверстием, микроострия расположены по отверстиям в прослойке.

Недостатки прототипа состоят в следующем.

Во - первых, затруднено либо невозможно применение более экономичных в производстве эмиттеров с множественными стохастическими распределенными центрами эмиссии, например, острийных эмиттеров высокой плотности размещения острий на единицу поверхности, когда различные острия - иглы могут соприкасаться друг с другом своими основаниями.

Этот недостаток отчетливо обнаруживается в варианте эмиттера в виде одного сплошного массива соприкасающихся острий, шунтирующих сопротивление.

Во-вторых, затруднено применение практически выгодного тонкопленочного коллектора. Последний в прототипе не имеет защитных покрытий, обеспечивающих структурную целостность пленки при тепловых, в том числе джоулевых нагрузках. Тем более что пленка коллектора в прототипе доступна химическим воздействиям молекул остаточной газовой атмосферы, доступна прямой электронной и ионной бомбардировкам, вызывающим дополнительную деградацию пленки коллектора.

В-третьих, затруднено расширение функциональных возможностей прототипа.

Для повышения неравномерности распределения эмиссии по множеству более экономичных в производстве параллельных действующих стохастически распределенных, в частности, соприкасающихся своими основаниями АЭЭ, а также повышения экономичности за счет применения тонкопленочных коллекторов и для расширения функциональных возможностей в известное устройство (прототип) с ограниченными признаками: наличие АЭЭ (катодов), основания, коллекторов (анодов), нагрузочных сопротивлений и выводов для подключения источников электрического напряжения, причем АЭЭ выполнены в виде множества параллельно включенных собственно эмиттеров^*) с распределенными значениями работы выхода, пониженного радиуса кривизны и пониженного расстояния до коллектора, введено следующее отличие: коллектор покрыт защитным слоем в частях, менее удаленных от собственно эмиттеров. ^* Под собственно эмиттером имеется в виду локальный, в том числе атомных размеров, элемент АЭЭ, например, стержня, зубца, выступа либо сам этот АЭЭ (тот же стержень, зубец, выступ), имеющий наименьший радиус кривизны элемента или зону наименьшей его работы выхода.

Микроприбор с таким отличием является первым вариантом заявленного устройства.

Имеются следующие другие варианты.

Вариант 2. Защитный слой выполнен высокоомным, функционально является нагрузочным сопротивлением.

Вариант 3. Защитный слой является люминофором.

Вариант 4. Защитный слой имеет дискретную структуру, например структуру выступов, в том числе выступов в форме островков/бляшек стохастических размеров, форм и поверхностных распределений.

Вариант 5. Защитный слой имеет другое частичное исполнение, а именно коллекторы имеют покрытие не только в виде выступов (как в варианте 4), но и по промежуткам между выступами, например имеет между выступами пленку из другого материала, электрическая проводимость выступов и частей защитного слоя между выступами различна.

Вариант 6. Выступы вариантов 4, 5 имеют частичное исполнение, а именно имеют переменное поперечное сечение, например выступы имеют вид столбиков со шляпками.

Вариант 7. Выступы выполнены непроводящими, покрыты либо являются вторичным эмиттером с коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы при меньшем электрическом напряжении (т.е. покрыты либо являются низковольтным эффективным вторично-электронным эмиттером), в частности, выступы покрыты либо являются люминофорами, в том числе люминофорами в виде отдельных их зерен/кристаллов.

Вариант 8. Материалы выступов и защитного слоя между выступами имеют иной характер разнородности, а именно выступы выполнены проводящими, а части защитного слоя между выступами выполнены непроводящими, покрыты либо являются вторичным электронным эмиттером по признакам варианта 7.

Вариант 9. Выступы и вторичный эмиттер отделены от коллектора несущей пленкой нагрузочного сопротивления, при этом торцы выступов, обращенные к эмиттеру, имеют частичное покрытие вторичным эмиттером, например покрытие в виде островков/бляшек, в том числе зерен/кристаллов люминофора.

Вариант 10. Коллектор и защитный слой выполнены с совмещенными отверстиями, основание несет по этим отверстиям низковольтный вторичный эмиттер с коэффициентом вторичной электронной эмиссии больше единицы, например, вторичный эмиттер в виде люминофора.

Вариант 11. Плотность выступов (в вариантах 4, 5, 6, 7, 8, 9) либо отверстий (в варианте 10) в расчете на единицу поверхности, не меньше плотности собственно эмиттеров.

Вариант 12. Основания, эмиттеры, коллекторы, сопротивления, защитный слой в вариантах 3, 7, 8, 9, 10 светопроницаемы.

Вариант 13. Эмиттеры светопроницаемы за счет их выполнения на основе алмазоподобных структур частных видов, например островков/бляшек, содержащих углеродные выступы пониженной размерности, в частности, нанострубы, причем средний диаметр островков/бляшек меньше длин волн видимого спектра.

Вариант 14. Эмиттеры выполнены в виде множества протяженных выступов, средняя длина выступов превышает среднее расстояние между выступами и между выступами и коллекторами.

Вариант 15. Основание и защитный слой выполнены проницаемыми для электронов, например выполнены с отверстиями.

Вариант 16. Коллекторы и защитный слой расположены на том же основании, что и эмиттеры.

Вариант 17. Эмиттеры в варианте 16 выполнены пленочными планарно-торцевыми, так что защитный слой несет непроводящую прослойку с отверстиями, прослойка несет пленку торцовых эмиттеров с отверстиями по отверстиям в прослойке.

Вариант 18. Эмиттеры в варианте 16 выполнены острийными (игольчатыми), вывод эмиттеров несет непроводящую прослойку с отверстиями по месту острий, прослойка в свою очередь несет коллекторы, вывод коллекторов и расположенные между ними (коллекторами и выводами) сопротивления, причем коллекторы выполнены с отверстиями по отверстиям в прослойке, сопротивления и вывод несут защитный слой.

Вариант 19. Коллекторы и сопротивления в варианте 18 выполнены в плане в виде концентричных колец с отверстиями, например с прорезями от внутренних свободных торцов колец эмиттера до наружных торцов колец сопротивлений (до вывода коллекторов).

Вариант 20. Размеры выступов или отверстий выполнены в среднем по начальной фазе напыления или осаждения пленок, а именно по фазе формирования островковых пленок.

Вариант 21. Микроприбор оснащен радиаторами в виде металлических спейсеров противолежащих оснований или оболочек, несущих элементы конструкции микроприбора, сохраняющих в приборе рабочий вакуум, а также оснащен внешними радиаторами каждого из оснований.

По совокупности перечисленных признаков обеспечено достижение указанных выше преимуществ заявленного микроприбора.

Во-первых, покрытие вывода защитным слоем по местам, более близким к собственно эмиттерам, обеспечивает структурную целостность тонкопленочного коллектора при повышенных тепловых нагрузках - как внешних, так и внутренних (вызванных токопрохождением, электронной и ионной бомбардировкой).

Во-вторых, различные модификации защитного слоя (выполнение его с выступами, покрытием вторичным электронным эмиттером и т.д.) обеспечивает расширение функциональных возможностей микроприбора - подробнее этот вопрос рассмотрен ниже при описаниях микроприбора (относящихся его вариантов): В-третьих, включение сопротивления как нагрузочного в цепь коллектора, который существенно определяет электрическое поле и уровень эмиссии собственно эмиттеров, функционально эквивалентно его включению в цепь собственно эмиттера - по аналогии с техникой классических схем с активными элементами. Поэтому заявленный микроприбор обладает свойством прототипа повышенной равномерности эмиссии. С другой стороны, включение сопротивления в цепь коллектора освобождает от необходимости иметь сопротивление в цепи эмиттера, обеспечивает возможность создания АЭЭ высокой плотности упаковки эмиттеров, решает задачу экономичности.

Заявленный микроприбор изображен в своем поперечном сечении (без указания боковых элементов конструкции) на фиг. 1, 2, 3, 4. На фиг. 1 изображен микроприбор по представительным указанным выше вариантам 5, 6, 7, 8; на фиг. 2 - по варианту 17; на фиг. 3 - по варианту 9; на фиг. 4 - по варианту 18.

На фиг. 1: 1 - основание эмиттера, 2 - вывод эмиттера, 3 - эмиттер, [(4.1, 4.2, 5, 8) - защитный слой], 4.1 - выступ, 4.2 - шляпка выступа, 5 - часть защитного слоя между выступами, 6 - коллектор, 7 - основание коллектора, 8 - вторичный эмиттер (в частности, люминофор).

На фиг. 2 - 1, 3, 4.1, 4.2, 5, 6, 8 - обозначения по фиг. 1 [(4.1, 4.2, 5, 8) - защитный слой], 9 - непроводящая прослойка.

На фиг. 3 - 1, 2, 3, 6, 7, 8 - обозначения по фиг. 1, 10 - нагрузочное сопротивление коллектора, 11 - проводящие выступы, [(8, 10, 11) - защитный слой], 12 - нагрузочное сопротивление эмиттера.

На фиг. 4: 1, 2, 3, 5, 6, 8 - обозначения по фиг. 1, 9, 10 - обозначения по фиг. 3, [(5, 8) - защитный слой], 13 - вывод коллектора.

Основания 1, 7 могут быть выполнены из стекла, выводы 2, 13, коллекторы 6 - из In₂O₃, эмиттер 3 - из C, непроводящие: выступы 4.1 и части 5 защитного слоя между выступами ( в относящихся вариантах устройства) и прослойка 9 - из SiO, шляпка 4.2 выступа из Cr, проводящие, в том числе высокоомные: выступы 4.1, части 5 защитного слоя между выступами (в относящихся вариантах устройства) и сопротивления 10, 12 из C, In₂O₃, или Si, люминофор 8 - из ZnS, ZnO:Zn, проводящие выступы 11 - из Si.

Назначение и связь элементов конструкции в статике определяют следующим образом: 1, 7 - несущие элементы, вакуумно-плотные оболочки прибора, 2 - цепь электрического питания эмиттера, 3 - источник электронов, 4.1 - несущий элемент вторичного эмиттера 8 (либо - в относящихся вариантах заявленного микроприбора токовая нагрузка для эмиттера 3, элемент обратной связи по току эмиссии, компенсатор разброса плотности эмиссионного тока, вызываемого разбросом собственно эмиттеров по значениям работы выхода, радиуса кривизны, расстояний до ближайших электродов); 4.2 первичный либо (вариантно) вторичный - собственно коллектор электронов, обеспечивающий усиление полевого воздействия торца выступа 4.1 на эмиттер 3 (за счет развитой, по сравнению с торцом выступа 4.1, поверхности) и, одновременно, обеспечивающий экранирование боковых стенок выступов 4.1 от электронного потока, тем самым усиливающий обратную связь по току; 5 - экран коллектора 6 от эмиттерных электронов, вторичный либо (вариантно) первичный собственно коллектор электронов, усиливающий обратную связь по току, несущий элемент для вторичного эмиттера 8; 8 - вторичный эмиттер, усиливающий обратную связь по току, обеспечивающий низковольтность микроприбора; 9 - элемент, несущий пленочный планарно-торцовый эмиттер 3; 10 - собственное нагрузочное сопротивление эмиттера (по аналогии с прототипом), усиливающее обратную связь по току, ослабляющее или снижающее тепловые нагрузки сопротивления 10; 11 - проводящий выступ в варианте микроприбора со сплошным пленочным нагрузочным сопротивлением (фиг. 3) - см ниже описание вариантов микроприбора в действии.

Предлагаемая конструкция может быть создана методами современной твердотельной электроники, в том числе напылением через соответствующие трафареты, и селективным травлением.

Устройство действует следующим образом.

На эмиттеры 3 непосредственно (фиг. 2) либо через выводы (фиг. 1, 3, 4) подается отрицательный, а на коллекторы 6 непосредственно (фиг. 1, 2, 3) либо через вывод 13 (фиг. 4) - положительный импульсы напряжения. Под действием электрического поля, концентрирующегося на торцах собственно эмиттеров (на фиг. 1, 4 - на вершинах заостренных частей эмиттеров 3), возникает автоэлектронная эмиссия. Эмиттированнные электроны попадают на коллекторы 6 через нагрузочные сопротивления 4.1, 10 (либо, вариантно, через части 5 защитного слоя между выступами 4.1). Высокая (в том числе аномально высокая) эмиссионная активность какого-либо собственно эмиттера, например a₁ по фиг. 1 вызывает большое (в том числе аномально большое) падение напряжения на соответствующем сопротивлении, b₁ по фиг. 1 - при этом потенциал торца сопротивления уменьшается, а следовательно, уменьшается и эмиттерируемый противолежащим собственно эмиттером (a₁ по фиг. 1) ток. При этом влияние на собственно эмиттер a₁ сопротивление b₂ слабое вследствие большой его удаленности, влияние сопротивления b₁ на собственно эмиттер a₂ также слабое - по аналогичной причине. Поскольку эмиттеры в патенте имеют стохастически распределенную эмиссионную активность, коллекторы в плане - считая по поверхности собственно токоприемных частей коллекторов, например шляпок 4.2 выступов 4.1 (фиг. 1, 2) - имеют соответственно стохастическое распределение потенциала. Тем самым достигается указанный выше технический результат - повышенная равномерность распределения эмиссии параллельно действующих АЭЭ.

Поскольку, с другой стороны, эмиттеры 3 могут иметь существенный технологический разброс работы выхода, радиуса кривизны собственно эмиттеров и удалений последних от коллекторов, достигается другой указанный выше технический результат - более высокая экономичность производства заявленного микроприбора.

Наличие защитного слоя в виде совокупности элементов конструкции 4.1, 4.2,5.8 (фиг. 1, 2), 10, 8, 11 (фиг. 3), 5, 8 (фиг. 4) очевидным образом обеспечивает устойчивость пленки коллекторов 6 к тепловым перегрузкам, в том числе к перегрузкам в частях, коллекторов, менее уделенных от эмиттера, подверженных наиболее интенсивной электронной бомбардировке.

В указанном выше первом, основном варианте заявленного микроприбора защитная пленка коллекторов не раскрыта в своих конструктивных модификациях - поэтому этот вариант решает собственно только одну задачу - обеспечивает устойчивость коллекторов к тепловым перегрузкам преимущественно в частях, менее удаленных от эмиттера.

Второй вариант решает дополнительно задачу обеспечения равномерности распределения эмиссии при отсутствии в цепи эмиттера нагрузочного сопротивления.

Третий вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей микроприбора, а именно задачу преобразования электрических сигналов в световые сигналы, люминофор в этом варианте используется по новому назначению, в качестве нагрузочного сопротивления в цепи коллектора.

Четвертый вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей микроприбора, а именно задачу создания приборов наноэлектроники, в которых нанометровые пленочные покрытия, в том числе защитная пленка, дискретны, имеют вид выступов (островков/бляшек) стохастических размеров, форм и поверхностных распределений.

Пятый вариант является базовым для последующих вариантов с различными расширенными функциональными возможностями. Различие проводимости выступов и части защитного слоя между выступами позволяет усилить эффект обратной связи по току эмиссии. Например, при высокоомных выступах 4.1 и при непроводящих частях 5 защитного слоя между выступами (фиг. 1, 2) токи эмиссии проходят только по выступам, обеспечивая тем самым необходимую глубину обратной связи то току при меньших сопротивлениях выступов, точно так же, при непроводящих выступах 4.1 и при высокоомных частях 5 защитного слоя между выступами, эмиттерные электроны проходят только между выступами, глубина обратной связи по току возрастает.

Шестой вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей, а именно задачу низковольтности микроприбора по варианту 5. При меньшем поперечном сечении высокоомных выступов (сопротивлений) 4.1 и при большем расстоянии между ними воздействие торцов выступов существенно экранируется непроводящими частями 5 защитного слоя между выступами, которые при коэффициенте вторичной эмиссии меньше единицы несут отрицательный заряд осевших эмиттированных электронов. Шляпки 4.2 выступов 4.1 уменьшают указанное экранирующее действие и тем самым обеспечивает большую низковольтность микроприбора. Кроме того, шляпки 4.2, как указывалось выше, экранируют боковые стенки выступов 4.1 от прямого облучения эмиттированными электронами и тем самым увеличивают глубину обратной связи по току эмиссии.

Седьмой вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей, а именно задачу низковольтности микроприбора по вариантам 5, 6.

Покрытие выступов 4.1 (шляпок выступов 4.2) эффективным (коэффициент вторичной эмиссии больше единицы) низковольтным (рабочий потенциал при котором > 1 ниже потенциала коллекторов 6) вторичным эмиттером при непроводящих выступах 4.1 и высокоомных частях 5 защитного слоя между выступами и, кроме того, создание условий отбора большей части (или всех) вторичных электронов на коллекторы 6, например, за счет выполнения выступов 4.1 и/или шляпок 4.2 в виде острий с гладкими стенками, обеспечивают потенциал торцов выступов 4.1 (шляпок 4.2), превышающий потенциал коллекторов 6, задаваемый внешним источником - микроприбор имеет большие эмиссионные токи при фиксированном потенциале коллекторов 6. В порядке более подробного обоснования данного эффекта можно отметить, что вторичные электроны имеют ненулевые начальные скорости, за счет которых обеспечивается их попадание на коллекторы 6 при более низком их потенциале по сравнению с потенциалом вторичных эмиттеров, тем самым поддерживается более высокий потенциал поверхности вторичных эмиттеров - в данном случае покрытий выступов 4.1 (шляпок выступов 4.2) - по сравнению с потенциалом коллекторов (частей 6 защитного слоя). Кроме того, вторичные эмиттеры (поверхности выступов 4.1,шляпок 4.2) расположены ближе к эмиттерам 3, чем коллекторы 6 - это также придает микроприбору признак низковольтности, позволяет иметь на коллекторах 6 меньший потенциал при том же уровне эмиссионного тока с эмиттеров 3. При этом механизм обратной связи по току эмиссии (механизм выравнивания распределения эмиссионного тока) сохраняется - он обеспечивается нагрузочными сопротивлениями по частям 5 защитного слоя между выступами и 4.1. Торцы выступов 4.1 (шляпки 4.2) играют роль первых, а части 5 защитного слоя между выступами - вторых анодов микроприбора. На фиг. 1 показаны траектории вторичных электронов от первого анода ко второму аноду.

Восьмой вариант решает ту же задачу, что и седьмой вариант. Конструктивное отличие состоит в том, что выступы 4.1 выполнены проводящими (высокоомными), а части 5 защитного слоя между выступами выполнены непроводящими, несущими вторичный эмиттер с признаками по варианту 7. Первый и второй аноды в данном варианте функционально поменялись ролями по сравнению с предшествующим вариантом. Механизм работы микроприбора и достигаемый эффект по существу те же, отдельные траектории электронов показаны на фиг. 3.

Девятый вариант решает дополнительно задачу экономичности микроприбора, а именно экономичности его производства простым известным способом сплошного осаждения вторичного эмиттера/люминофора 8 на сопротивление 10 и выступы 11 и последующего удаления осажденного материала с торцов выступов, например, его втиранием в промежутки между выступами. Частичное покрытие торцов/шляпок выступов вторичным эмиттером обеспечивает большую низковольтность микроприбора, т. е. островки/бляшки вторичного эмиттера на торцах/шляпках выступов имеют больший потенциал по механизму, описанному выше. Данный вариант допускает применение эффективных проводящих вторично-эмиссионных покрытий 8, в том числе низкоомных низковольтных люминофоров - это расширяет функциональные возможности микроприбора.

Десятый вариант решает дополнительно задачу экономичности производства за счет использования в качестве непроводящего элемента, несущего вторичный эмиттер, не выступов или частей защитного слоя между выступами, а основания 7 или (вариантно) 1.

Одиннадцатый вариант решает задачу большей равномерности распределения эмиссии за счет оснащения, в среднем, каждого собственно эмиттера не менее чем одним элементом обратной связи по току - первым анодом, выступом, отверстием.

Двенадцатый вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей микроприбора как устройства отображения информации (УОИ). Светопроницаемость эмиттера и других элементов конструкции обеспечивает применимость микроприбора как УОИ.

Тринадцатый вариант решает задачу создания УОИ применением светопроницаемых алмазоподобных пленок, в частности, их островковой структуры, островки сформированы выступами пониженной размерности, например нанотрубами, диаметр островков в среднем меньше длин волн видимого спектра.

Четырнадцатый вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей микроприбора как основного элемента СВЧ-схем. Собственно рабочими элементами эмиттера 3 являются его эмиттерные фрагменты (собственно эмиттеры). Участок между выступами эмиттера вносит паразитную емкость коллектор-эмиттер, снижающую высокочастотные свойства микроприбора. При выполнении эмиттера в виде протяженных выступов с длиной, превышающей средние расстояния между выступами, а также между выступами и коллекторами, этот недостаток меньше.

Пятнадцатый вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей микроприбора как элемента устройств с протяженными электронными потоками, длина которых превышает расстояние между эмиттером и коллектором микроприбора.

Шестнадцатый вариант является базовым для трех последующих вариантов практически важного выполнения эмиттеров параллельно либо перпендикулярно несущему основанию 1, общему для этих эмиттеров, а также коллекторов и защитного слоя.

Семнадцатый вариант решает задачу достижения указанных преимуществ микроприбора для случая пленочного планарно-торцевого эмиттера 3, с тем отличием, что типичная для этого случая непроводящая прослойка 9, несущая эмиттер 3, отделена от коллектора 6 и от основания 1 защитным слоем 5. Преимущество варианта состоит в том, что на его основе могут быть созданы эффективные УОИ с наблюдением изображения не на просвет коллектора 6, защитного слоя 5 и эмиттера 3, а на отражение от люминофора 8, т.е. с минимальными потерями излучения.

Восемнадцатый вариант решает задачу достижения указанных преимуществ микроприбора для случая острийных (игольчатых, спиндтовских) катодов, с тем отличием, что коллектор 6, сопротивление 10 и вывод 13 расположены в одной плоскости, а именно на поверхности прослойки 9, более удаленной от основания 1. Указанное преимущество предшествующего семнадцатого варианта относится и к данному варианту.

Девятнадцатый вариант решает задачу повышения эффективности предшествующего восемнадцатого варианта, а именно увеличения глубины обратной связи по току эмиссии.

Двадцатый вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей микроприбора, а именно задачу предельно возможной плотности размещения элементов обратной связи по току эмиссии и тем самым задачу предельно возможной однородности распределения автоэлектрической эмиссии развитых поверхностей АЭЭ.

Двадцать первый вариант решает дополнительно задачу расширения функциональных возможностей микроприбора, а именно задачу расширения пределов применения микроприбора по рассеиваемой им мощности. Применение радиаторов для отвода тепловой мощности в технике известно. Специфика данного варианта состоит в том, что мощность, выделяемая на нагрузочных сопротивлениях, выделяется металлургическими радиаторами через противолежащую сопротивлениям более холодную вакуумную оболочку микроприбора, а также внешними радиаторами каждого из оснований.

Такой вариант имеет дополнительное преимущество стабильности, надежности и долговечности микроприбора вследствие меньших тепловых деформаций элементов его конструкции.

Работоспособность заявленного устройства обоснована данными о работоспособности аналогов и результатами анализа автоэлектронной эмиссии Фаулера-Нордлейма.

Устройства промышленного производства, близкие к заявленному, не известны.

Имея в виду массовое применение микроприбора в УОИ, можно считать, что наиболее близким к заявленному является базовый образец-катодолюминесцентный экран ЭЛТ-128Х128Л, изготавливаемый предприятием-заявителем. От такого базового образца заявленный микродиод отличается, во-первых, большей экономичностью вследствие отсутствия накала катода и, во-вторых, безынерционностью возбуждения (прекращения) эмиссии.

При массовом производстве телевизионных приемников и других устройств на базе заявленного решения экономический эффект от внедрения последнего может составлять миллиарды рублей в год.

Формула изобретения

1. Вакуумный пленочный микроприбор, в частности микродиод, содержащий основания, коллекторы эмиттированных электронов, сопротивление обратной связи по току эмиссии, выводы для подключения источников электрического напряжения, автоэлектронные эмиттеры, выполненные в виде множества параллельно действующих собственно эмиттеров, имеющих меньшую работу выхода, меньший радиус кривизны выступов; меньшее удаление от коллекторов, отличающийся тем, что коллекторы покрыты защитным слоем по местам, менее удаленным от собственно эмиттеров.

2. Микроприбор по п.1, отличающийся тем, что защитный слой высокоомный.

3. Микроприбор по п.1 или 2, отличающийся тем, что защитный слой люминофорный.

4. Микроприбор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что защитный слой выполнен в виде островков стохастических размеров, форм и поверхностных распределений.

5. Микроприбор по п.4, отличающийся тем, что защитный слой выполнен составным, с выступами, электрическая проводимость выступов и частей защитного слоя между выступами различна.

6. Микроприбор по п.5, отличающийся тем, что выступы имеют вид столбиков со шляпками.

7. Микроприбор по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что выступы выполнены непроводящими, покрыты либо являются вторичными электронными эмиттерами, люминофорами с коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы.

8. Микроприбор по п.5 или 6, отличающийся тем, что части защитного слоя между выступами выполнены непроводящими, покрыты либо являются вторичными электронными эмиттерами, люминофорами с коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы.

9. Микроприбор по п.8, отличающийся тем, что торцы выступов либо шляпки имеют частичное покрытие вторичным эмиттером, люминоформ с коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы.

10. Микроприбор по п.1, отличающийся тем, что коллекторы и защитный слой имеют отверстия, основание несет по отверстиям вторичные эмиттеры, люминофоры с коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы.

11. Микроприбор по любому из пп.4 - 10, отличающийся тем, что плотность выступов либо отверстий на единицу площади не меньше плотности собственно эмиттеров.

12. Микроприбор по любому из пп.3, 7 - 10, отличающийся тем, что основания, коллекторы, эмиттеры, сопротивления и защитный слой выполнены светопроницаемыми.

13. Микроприбор по п. 12, отличающийся тем, что эмиттеры выполнены на основе алмазоподобных структур, островков либо бляшек, содержащих углеродные выступы меньшей размерности, нанотрубы, причем средний диаметр островков либо бляшек меньше длин волн видимого спектра.

14. Микроприбор по любому из пп.1 - 13, отличающийся тем, что эмиттеры имеют вид множества протяженных выступов, средняя длина выступов превышает среднее расстояние между выступами, а также между выступами и коллекторами.

15. Микроприбор по любому из пп.1 - 14, отличающийся тем, что основания, выводы и защитный слой выполнены проницаемыми для электронов, выполнены с отверстиями.

16. Микроприбор по любому из пп.1 - 15, отличающийся тем, что коллекторы и защитный слой расположены на том же основании, что и эмиттеры.

17. Микроприбор по п.16, отличающийся тем, что защитный слой несет непроводящую прослойку с отверстиями, прослойка несет пленку торцового эмиттера с отверстиями по отверстиям в прослойке.

18. Микроприбор по п.16, отличающийся тем, что эмиттеры выполнены острийно игольчатыми, вывод эмиттеров несет непроводящую прослойку с отверстиями по месту острий, прослойка несет коллекторы, выводы коллекторов и расположенные между коллекторами и их выводами сопротивления обратной связи по току эмиссии, причем коллекторы выполнены с отверстиями по отверстиям в прослойке.

19. Микроприбор по п.18, отличающийся тем, что коллекторы и сопротивления выполнены в плане в виде концентрических колец с отверстиями, с прорезями от внутренних торцов колец до наружных их торцов, до выводов коллекторов.

20. Микроприбор по любому из пп.4 - 19, отличающийся тем, что размеры выступов, отверстий и расстояний между ними выполнены в среднем по островковой пленке.

21. Микроприбор по пп.1 - 20, отличающийся тем, что оснащен радиаторами в виде металлических спейсеров противолежащих оснований либо оболочек микроприбора, а также внешними радиаторами обоих оснований.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.12.2004        БИ: 34/2004