Способ изготовления холодного катода

Способ изготовления холодного катода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

сoesH,. 7 .

"--" " и0-т „„, 1

882

ОП ИС

ИЗОБРЕТЕНИЯ

700

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительный к авт. свид-ву 510982 (22) Заявлено 14.11.75 (21) 2189108/25 (51) М. Кл.-

Н 01J 9/02

H 01J 1/30 с присоединением заявки №

Гасударственный комитет

СССР (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.11.79. Бюллетень № 44 (53) УДК 621.385.032..212 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30,11.79 (72) Авторы изобретения

В. Л. Галанский и В. В. Мотошкин (71) Заявитель

Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОГО КАТОДА

Изобретение относится к электронной технике, а нм .нно к технологии изготовления элементов элсктровакуумных приборов, в частности катодов.

По основному авт. св. № 510982 известен 5 способ изготовления холодного катода для элсктровакуумных приборов на основе тонкопленочной системы алюминий — нитрид алюминия — алюминий путем последовательного нанесения слоев на нагретую под- 1О ложку. Подложку нагревают до 200—

250 С, наносят пленку алюминия и осаждают на нее пленку нитрида кремния толщиG ной 200 — 300 А путем бомбардировки кремi5 ниевой мишени сформированным пучком ионов азота.

Однако катоды, изготовленные по этому способу, имеют недостаточно высокие параметры: ток эмиссии и коэффициент токопе- 20 редачи. Основная причина этих недостатков заключается в том, что при нанесении пленки нптрида кремния путем распыления кремниевой мишени сформированным пучком попов азота невозможно избежать от- 25 клонепия химпческого состава пленки от стехиометрпческого (SiqN4) в сторону избыточного содержания кремния. При использовании такой пленки в качестве диэлектрика холодного катода значительная часть 30 сквозного тока (тока, текущего через диэлектрик между металлическими электродами) обусловливается несвязанным избыточным кремнием. Эта часть сквозного тока не дает вклада в ток эмиссии электронов в вакуум. Таким образом, такой холодный катод не может иметь большую эффективность т) (т1 — отношение тока эмиссии электронов в вакуум к приложенной к катоду мощности) и соответственно большого коэффициента передачи а (а — отношение тока эмиссии к сквозному току). Наличие избыточного кремния в пленке диэлектрика снижает также ее электрическую прочность, а следовательно, рабочее напряжение холодного катода, а это ограничивает возможность получения больших значений эмиссионных токов.

Целью изобретения является повышение тока эмиссии и коэффициента передачи катода, т. е. улучшение параметров катода.

Это достигается тем, что в известный способ изготовления холодного катода вводится дополнительная операция. После нанесения нижнего электрода и диэлектрической пленки нитрида кремния толщиной

200 †3 А путем распыления кремниевоГ мишени сформированным пучком ионов азота пленку нптрпда кремния подвергают

700882

Заказ 2657/13

НПО «Поиск»

Изд. Кз 650 Тираж 923 Подписное

Типография, пр.

Сапунова, 2 электрохимической обработке в 1 — 3%-ном растворе винной кислоты в течение 3—

5 мин при постоянном напряжении, равном

10 — 12 В.

При подаче на пленку положительного потенциала относительно электролита последний диссоциирует, и под действием электрического поля ионы кислорода движутся сквозь диэлектрическую пленку нитрида кремния, связывая в ней избыточный кремний. Таким образом, по окончании этого процесса весь кремний в пленке оказывается связанным, Это приводит к значительному росту электрической прочности диэлектрика и уменьшению сквозной проводимости. Следовательно, после напыления верхнего электрода и работе МДМ системы в режиме холодного катода, с одной стороны, уменьшается сквозной ток, а, с другой стороны, катод может работать при более высоком рабочем напряжении и резко возрастает эмиссионный ток, так как он зависит от приложенного напряжения экспоненциально.

При проведении электрохимической обработки существенное значение имеет режим ее проведения, т. е. тип электролита, напряжение, при котором ведется обработка, и время обработки. Напряжение электрохимической обработки должно быть достаточным для того, чтобы в пленку поступило столько кислорода, чтобы связать избыточный кремний во всей пленке по толщине, но оно ограничено сверху электрической прочностью пленки нитрида кремния.

Оптимальным для диэлектрической пленки о нитрида кремния толщиной 200 — 300 А, используемой в холодном катоде, является напряжение 10 — 12 В. Время обработки должно быть достаточно большим, чтобы при данном напряжении успел связаться весь избыточный кремний, но оно не может быть слишком большим, так как по мере насыщения нитридной пленки кислородом последний начнет замещать азот в связях

Si — N, и таким образом нитрид кремния превращается в оксид кремния, который по своим свойствам (температурная нестабильность, высокий коэффициент диффузии примесей и т, д.) уступает нитриду кремния как диэлектрик для холодного катода. Для пленок нитрида кремния оптимальным является время электрохимической обработки

3 — 5 мин. Важное значение имеет тип электролита и его процентное содержание.

Электролит должен быть таким, чтобы после электрохимической обработки не увеличилась пористость диэлектрической пленки и чтобы во время обработки не происходило неконтролируемого химического взаиI0

60 модействия материала пленки с электролитом. Из исследованного широкого диапазона процентных содержаний электролита экспериментальным путем наилучшие результаты достигнуты при использовании

1 — 3 -ного раствора винной кислоты.

Изготовление тонкопленочного холодного катода протекает следующим образом.

На подложку из стекла, сапфира, ситалла и т. п., тщательно промытую и обезгаженную и нагретую до 200 — 250 С в вакууме 1 10 — мм рт. ст. методом термического испарения навески с W-образного вольфрамового испарителя наносится нижний алюо миниевый слой толщиной 2000 А. Затем, также методом термического испарения, наносится защитный слой из моноокиси кремния толщиной 1 — 3 мкм, служащий для устранения краевых эффектов и выделения рабочей площади катода. Затем при остаточном давлении 3 10 — мм рт. ст. наносится пленка питрида кремния толщиной о

200 — 300 А путем осаждения на подложку продуктов реакции при распылении кремниевой мишени сформированным пучком ионов азота. Далее подложка вынимается из вакуумной камеры и помещается в электролитическую ванну с 1 — 3%-ным раствором винной кислоты. На пленку подается напряжение 10 — 12 В относительно катода из нержавеющей стали, помещенного в электролит. В этом режиме пленка выдерживается в течение 3 — 5 мин. В течение этого времени ведется непрерывный контроль за изменением сопротивления диэлектрической пленки. По окончании процесса электрохимической обработки подложка с пленкой тщательно промывается, а затем прогревается в вакууме при температуре

200 С в течение 1 ч с тем, чтобы удалить из пленки остатки электролита. После этого производится напыление верхнего алюмио ниевого электрода толщиной 100 А. Напыление производится в вакууме 1 ° 10 — мм рт. ст. путем термического испарения навески с W-образного вольфрамового испарителя. Толщина пленки верхнего электрода контролируется в процессе напыления.

Ф о р мул а изобретения

Способ изготовления холодного катода по авт. св. М 510982, отличающийся тем, что, с целью улучшения параметров катода, пленку нитрида кремния подвергают электрохимической обработке в 1—

3%-ном растворе винной кислоты в течение

3 — 5 мин при постоянном напряжении, равном 10 — 12 В.