Способ получения электронного потока

Способ получения электронного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 399933

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №,Ч. Кл. Н 011 1, 30

Заявлено 20.1Х.1971 (№ 1701861/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано ОЗ.Х.1973. Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания 18.II.1974

Государственный комите1

Совета Министров СССР

ot делам изооретений и открытий

УДК 621.385.032.212 (088.8) Автор изобретения

A.-Ю. Ю. Мицкис з аявитель

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА

Изобретение относится к эмиссионной электронике и может быть применено в электронных устройствах, предназначенных для создания электронных потоков, модулированных с частотой переменного электрического поля или в виде импульсов различной формы.

Известны способы получения модулированных пачек электронов, следующих со сверхвысокой частотой (СВЧ) при воздействии на полупроводник сильным электрическим СВЧполем. Эти способы характеризуются тем, что для получения эмиссии электронов используют разогрев электронов в полупроводниковом катоде при воздействии сильным СВЧ-полем

IIa монокристалл полупроводника, например германия или кремния, эмиттирующую поверхность которого покрывают моноатомными пленками металла, например цезия, с целью уменьшения внешней работы выхода электронов с этой поверхности. Таким образом возникает эффект эмиссии «горячих» электронов, причем эмиссия следует пачками согласно закону изменения СВЧ-поля.

Однако при реализации известного способа получения пачек электронов необходимо наносить металлическое пленочное покрытие, в случае отсутствия которого эмиссия электронов не возникает. Кроме того, достигается сравнительно малая величина эмиссионного тока (плотность тока не более 10-2а). Величина эмиссионного тока низкая или даже отсутствует, если толщина пленки цезия значительно превышает моноатомный слой, так как в этом случае внешняя работа выхода электронов не снижастся и они не могут быть эмиттированными в вакуум. Помимо этого, значительно усложняется технология изготовления полупроводниковых катодов.

Целью изобретения является увеличение

10 тока эмиссии электронов.

Для этого поверхность полупроводника покрывают слоем диэлектрика, например слоем окиси того же полупроводника, и помещают в переменное электрическое поле, напряжен15 ность которого уменьшается в объеме катода от его основания к эмиттпрующей поверхности, а на границе эмпттирующая поверхность — вакуум создают градиент напряженности электрического поля, имеющий противо20 положное направление относительно градиента напряженности переменного электрического поля в объеме катода. Время изменения возбуждающего переменного электрического поля выбирают большим времени безынер25 ционной релаксации электронов, образующих ток в oR,еме катода, но меньшим времени рекомбинации этих электронов, в объеме катода создают градиент концентрации электронов от основания к эмпттирующей поверхноЗО сти.

399933

Изображение пояснецо чертежами.

На фиг. 1 приведена диаграмма переменных электрических полей в системе анод— полупроводниковый катод с металлическим контактом; на фиг. 2 — схема устройства, предназначенного для осуществления предложенного способа.

Способ получения электронного потока пояспеп фиг. 1.

В катоде-полупроводнике 1 с металлическим контактом 2 имеются две условные зоны

3 и 4, в которых напряженность переменного электрического поля соответственно Е, и Е при этом Е ) Е по абсолютной величине и при одинаковых зпаках вектора поля (в диаграмме фиг. 1 показано положение, когда поля Еь Е и Ез положигельны, но возможпо сочетание полей, когда Е> и Е> отрицательпы а Š— положительное) . При таких соотношениях Е, и Е возникает внутренняя э.д.с., благодаря которой неравновесные электроны, возбужденпые сильными перемеппыми электрическими полями Е и Е, перемещается î — зоны 3 через область 4 к эмиттирующей поверхности катода с тонким слоем пористого диэлектрика 5, например окиси того же полупроводника, что и катод 1.

В показанном па фиг. 1 положении в объеме полупроводника создают «отрицательный» градиент напряженности переменного электdE, рического поля, благодаря которому в (/Х кристалле в областях 3 и 4 и возникает внутренпий ток электронов. Из-за градиента напряженности электрического поля подвижность электронов в объеме катода 1 различна в областях 3, 4 и 5, поэтому возможно накопление электронов в области 5. Область.5 представляет собой тонкий слой (порядка нескольких десятков ангстрем) пористого диэлектрика, например окиси того же полупроводника, что служит устойчивой областью уровней захвата неравновесных электронов, участвующих в эмиссии.

Между поверхностью области 5 и металлическим электродом — анодом 6 приложено электрическое поле Ез (переменное или постоянное), причем Е )Е, так что в области

«эмиттирующая поверхность — вакуум» ооразуют другой «положительпый» градиент напряженности суммарного электрического поля Е2 способствующий выходу электронов из

dx области 5 в вакуум, причем электронный поток оказывается модулированым по плотности согласпо закону изменения возбуждающего электрического поля в объеме полупроводпикового катода, т. е. по закону Е и Е, и дополнительно модулированный полем Е>, если ноле Е, переменное.

С целью увеличения тока эмиссии электропов следует выбирать время изменения переменных электрических полей Е и Е большим, чем время безыперционпой релаксации электронов для д-нпого катода-полупроводника, 5

55 чтобы ток в объеме катода был одного знака за время одного полупериода возбуждения неравновесных электронов полями Е и Е, но оно должно быть меньшим времени рекомбинации электронов.

С целью упрощения процесса возникновения эмиссии электронов в вакуум можно заранее создавать градиент посителей в областях 3 и 4 при отсутствии возбуждающих переменных электрических полей, например, способами, сущпость которых заключается в образовании в полупроводнике областей 3 и

4 или 2 и 3 с различными концентрациями электронов и возможной их диффузией в сторону эмиттирующей поверхности 5 при компатной температуре. Эта разница концентраций электронов, очевидно, увеличится при появлении возбуждающих переменных электрических полей Еь Е>, и эмиссия электронов появится при меньшей напряженности переменного электрического поля, чем в предыдущих случаях.

Предложепный способ получения модулированного по плотности потока электронов может быть реализован, например, при помощи устройства, схема которого приведена на фиг. 2.

Устройство представляет собой электровакуумцый диод, образованный катодом 7 с металлическим держателем 8 и анодом 6. В случае применения СВЧ-поля для возбуждения электронов в катоде, внешний металлический цилиндр 9 вместе с анодом, катодом и держателем образуют отрезок коаксиальной лилии передачи для волны типа ТЕ«, закороченпый со стороны апода 6. В этом случае расстояние 10 выбирают равным л»

Устройство позволяет провести все исследования, связанные с испытанием холодных полупроводпиковых катодов различного назначения и с различными техническими характеристиками при паличии возбуждающего

СВЧ-поля. Получены результаты, показывающие, что предлагаемым способом можно получить плотности тока эмиссии электронов порядка 10 †1 а/см при абсолютной величине тока порядка 0,4 — 8 а и выше, при этом напряженность возбуждающего СВЧ-поля в кристалле полупроводника не превышала

2,6 кв/см.

Предмет .изобретения

1. Способ получения электронного потока путем возбуждения электронов в полупроводпиковом катоде с моно- или поликристаллической структурой с помощью переменного электрического поля, отличающийся тем, что, с целью увеличения тока эмиссии электронов, поверхпость полупроводника покрывают сло399933

СВЧсигнал

Составитель Г. Жукова

Текред Л. Богданова

Редактор А. Зиньковский

Корректор Н. Учакина

Заказ 266717 Изд. _#_o 44 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ем диэлектрика, например слоем окиси того же полупроводника, и помещают в переменное электрическое поле, напряженность которого уменьшается в объеме катода от его основация к эмиттирующей поверхности, а на границе эмиттирующая поверхность — вакуум создают градиент напряженности электрического поля, имеющий противоположное наг равление относительно градиента напряженности переменного электрического поля в объеме катода.

2. Способ по п. 1, отлича>ощийся тем, что время изменения возбуждающего переме1шого электрического поля выбирают большим времени безынерционной релаксации электронов, образующих ток в объеме катода, но меньшим времени рекомбинации этих электронов.

3. Способ по пп. 1 и 2, отлича ои ийся тем, что в объеме катода создают градиент концентрации электронов от основания к эмиттирующей поверхности.