Электронный эмиттер

Электронный эмиттер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСЛй ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

4O4l42

Союз Советскин

Социалистических

Республин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 17.IV.1972 (№ 1771408/26-25) M. Кл. H 01j 1/30 с присоединением заявки №

Приоритет

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изааретений и открытий

Опубликовано 26.Х.1973. Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования описания 21.III.1974

УДК 621.385.032.212 (088.8) Лвторы изобретения

Л. Г. Ждан и В. Б. Сандомирский

Институт радиотехники и электроники АН СССР

Заявитель

ЗЛЕКТРОННЫЙ ЗМИТТЕР

Изобретение относится к эмиссионной катодной электронике и микроэлектронике и»ожет быть использовано в электронных приборах с фото- и вторичной электронной эмиссией, а также в качестве ненакаливаемых катодов в различных электронных и микроэлект ронных устройствах.

Известны электронные эмиттеры с отрицательным сродством и эмиттеры горячих электронов, основанные на ипжекции неравновесных носителей из контакта металл — полупроводник (диэлектрик) в тонкую металлическую пленку. Отрицательное сродство обычно создают за счет большого приповерхностпого изгиба зон в дырочном полупроводнике (в сторону обогащения электронами) и обработки поверхности полупроводника агентами (Cs, Cs,O и пр.), сильно понижающими электронное сродство. Лналогичная обработка применяется также и при изготовлении эмиттеров горячих электронов с целью повышения коэффициента их прохождения через тонкий слой металла.

Однако в случае известных эмиттеров не удается эффек- ивно управлять величиной электронного сродства в процессе работы эм иттер а.

Целью изобретения является управление величиной электронного сродства в процессе работы эмиттера.

Для этого в качестве материала активного слоя использован сегнетоэлектрик, полярная ось которого ориентирована преимущественно по нормали к плоскости металлических электродов.

В сегнетоэлектронике, находящемся при температурах, меньших температуры Кюри (Т,), в направлении, параллельном полярной оси, существует поверхностный изгиб зон, за10 гисящий от температуры и электрического поля. Он обусловлен избыточными поверхностными носителями заряда (свободными или локализованными), экранирующими спонтанную поляризацию сегнетоэлектрика. Поскольку эта

15 поляризация зависит от температуры и электрического поля, изменение температуры и поля позволяет контролировать поверхностную плотность заряда и, следовательно, приповерхностных изгиб зон.

20 Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена картина распределения зарядов в сегнетоэлектрике; на фиг. 2 — приведена схема электронного эмиттера с тремя состояниями поляризации; на фиг. 3 — схемы

25 устройств, в которых может быть реализована поляризаця эмиттера. На фиг. 1 С вЂ” полярная ось кристалла, Р, Е„„— вектор спонтанной поляризации и внутреннего электрического поля, L „ — дно зоны проводимости, Е-,—

ЗО вершина валентной зоны, р. — уровень Ферми, 404142

2«е п

S

Э о

Т вЂ” температура. Случаи а и б иллюстрируют отсутствие и наличие электрического равновесия соответственно.

Величина спонтанной поляризации для различных сегнетоэлектриков лежит в диапазоне

2 10 — — 3 10 — 5 к/c», что отвечает плотности поверхностных зарядов и,= 1,б 10" —— — — 2.10"ем †. Следовательно, при полном экранироваиии спонтанной поляризации носителями заряда в монодомеипом сегиетоэлектрике плотность избыточных поверхностных зарядов должна лежать в указанных пределах.

Оценка соответствующего изгиба зон <р согласно формуле где е — заряд электрона, в — диэлектрическая проницаемость, np — концентрация свободных носителей в сегиетоэлектрике, показывает (для типичных «сегнетоэлектрических» значений с и nq), что rp в данных условиях может даже превышать ширину запрещенной зоны сегнетоэлектрика (т. е. несколько электропвольт).

При обработке поверхности сегнетоэлектрика (например Cs или CsqO), понижающей поверхностный потенциальный барьер, возникает возможность эффективного регулирования электронного сродства r. в широких пределах за счет изменения величины сегнетоэлектрической поляризации под действием изменений емпературы, внешнего электрического поля или иных факторов.

Возможность регулирования сродства можно использовать для реализации электронного эмиттера с двумя устойчивыми состояниями эмиссионным и антиэмиссиониым, т. е. для реализации запоминающей эмиссионной структуры.

Область сегнетоэлектрического кристалла (фиг. 2) со сниженным электронным сродством для трех различных состояний поляризации обуславливается, например, различными значениями поляризующего поля, прикладывающегося к сегнетоэлектрику параллельно

С-оси.

В состоянии 1 вектор спонтанной поляризации направлен слева †напра, а внешнее поле равно нулю. При этом реализуется случай максимальной (или близкой к ней) эмиссионной эффективности (ri(0).

В состоянии 2 внешнее поле несколько уменьшило спонтанную поляризацию, электронное сродство х ) О, эмиссионная эффективность понизил acb.

Состояние 3 соответствует случаю, когда кристалл полностью переполяризоваи внешним полем. Вектор поляризации направлен справа †пале, электронное сродство хт))0, эмиссионная эффективность минимальна. «Аитиэмиссионное» состояние 3 будет сохраняться до подачи поля, превышающего коэрцитивное, навстречу новому направлению поляризации.

При этом, в зависимости от величины этого

50 могут установиться состояния поля вновь

2 или 1.

Возможно три способа электрической поляризации эмиттера (фиг. 3). Устройства, в которых может быть реализована поляризация эмиттера, содержат базовый металлический контакт 4, сегиетоэлектрический кристалл 5, тонкий (несколько сот ангстрем) металлический, например золотой, электрод б, вспомогательный контакт 7, внешний поляризу ощий электрод 8 (могущий также служить анодом) .

Устройства работают от источника питания с напряжением V.

В первом случае (фиг. 3 в) электрическое поле подают на образец между электродами

4 и 7 за счет проводимости эмиттерующей грани кристалла А — Л, иидуцироваииой обработкой агентами, понижающими работу выхода (Cs) или слабым поверхностным легироваиием.

Для облегчения условий поляризации или переполяризации на грань А — А можно также нанести мелкоструктурную металлическую сетку.

Во втором случае (фиг. 3 г) контакт обеспечивают на поверхности эмиттера А — А при помощи электрода б, прозрачного для эмиттируемых горячих электронов.

В третьем случае (фиг. 3 д) переполяризаиия при поверхностной области эмиттера происходит при проникновении внешнего поля, например в режиме автоэлектрониой эмиссии.

Все три устройства могут запоминать эмиссионное состояние.

Устройство, схема которого приведена на фиг. 3 г, является новым типом эмиттера горячих электронов, имеющим ряд преимуществ по сравнению с известны»и эмиттерами. Эти преимущества связаны с возможностями регулирования высоты контактного барьера на границе металл — сегнетоэлектрик за счет изменения сегнетоэлектричсской поляризации, получения высоких контактных барьеров, создания запоминаю них эмиссионных устройств.

Эмитте1з > Io>KeT бытb использован Té e B Ii3честве эмиттерной части звердотельпых и пленочных активных элементов с тонкой металлической базой, работа которых основана иа явлениях прохождения горячих электронов сквозь пленки металлов.

Предмет изобретения

Электронный эмиттер, содержащий базовый металлический электрод, расположенный на нем активный слой, верхний металлический электрод, полностью или частично покрывающий поверхность активного слоя, и средство, понижающее электронное сродство рабочей поверхности, отличаюшиася тем, что, с целью управления величиной электронного сродства в процессе работы эмиттера, в качестве материала активного слоя использован сегиетоэлектрик, полярная ось которого ориентирована преимущественно по нормали к плоскости металлических электродов.

404l42

C- ось

Фиг 7

5 Я 5

Фиг 5

Сост а в н тел ь Г. Жуко ва

Редактор Ф. Хлебников Текред T. Миронова

Корректор В. Жолудева

Заказ G17/13 Изд. № 224 Тираж 780 Подписное

ЦПИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Рауьвская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, д. 2