Термоэлектронный катод

Термоэлектронный катод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOhAV CBHPETEllbCTBV

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Р уб (и 813530 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.03.79 (21) 2740897/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл з

НО! J 1/14

Государствеиимй комитет

СССР по делам изовретеиий и открытий

Опубликовано 5.03.81. Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 25.03.81 (53) УДК 621.385. .032.213 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. Б. Гуляев, С. Г. Дмитриев, А. Г. Ждан и Б. С. Кульварская

Ордена Трудового Красного Знамени институ и электроники АН СССР (71) Заявитель (54) ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ КАТОД

Изобретение -относится к эмиссионной электронике и может быть использовано для получения термокатодов электронных и ионных приборов различных типов.

Известны термоэлектронные катоды на основе окислов щелочноземельных, редкоземельных и других металлов, нанесенных в виде покрытий на металлический керн из никеля, молибдена, тантала и др. или используемых в виде металлокерамики с этими же металлами (1).

Ближайшим к предлагаемому является термоэлектронный катод, представляющий собой активное покрытие (смешанный тройной оксид (Ва Sr Са) — О), нанесенное на никелевый керн и содержащее такие присад-. ки, как W, Si, А1, Zr, Ng,Ва. Рабочая температура катода составляет 700 — 800 С, а плотность тока эмиссии, в зависимости от режима отбора тока и требуемого ресурса работы, может составлять от единиц миллиампера с кв. см. до десятков и даже сотен ампер с кв. см. поверхности катода. Такой катод обладает самой низкой рабочей температурой и наибольшей эффективностью (отношение тока эмиссии к рабочей температуре) по сравнению с другими, известными в настоящее время катодами. Она составляет 2 ° 1О 4=6 ° 10 2 мА/см2град. (2).

Однако для ряда приложений указанная эффективность является недостаточной.

Цель изобретения — повышение эффективности эмиссии катода путем устранения отрицательного влияния контакта между керном и активным покрытием катода, огра.— ничивающего поступление электронов из керна в активное термоэмиссионное покрытие.

Эта цель достигается тем, что для повышения эффективности эмиссии катода область активного термоэмиссионного покрытия, прилегающая к керну, легирована мелкими донорными примесями с концентрацией

15 более 10 см . что обеспечивает туннелирование электронов из керна в покрытие.

На фиг. 1 представлена зонная диаграмма полупроводника; фиг. 2 иллюстрирует механизм образования запорного контакта между керном и покрытием; фиг. 3 — возможность туннелирования электронов сквозь покрытие при легировании его мелкими донорными примесями.

Упомянутые окислы, используемые обычно в качестве материала активного покрытия, 8!3530

;)блад:II0T, как правило, <;О,<(<р<п)<>.|пиковой проводичостью, и их тс!>ч<> .<,IcK!1>r»if!;IH работ. в IK<>1if S оиредс IHc! я рассгоян I(! ()т < f)i>f3!IH Фер 3(И до уpOBHH Ва ку3 М Я, Тс) к K

На фиг. 1 показана зонная диаграмма полупро(3одника, поясни. н(цая эти соотношения (Š— — потолок валснтной зоны).

Значительный ток эмиссии известных кат< дов достигается при их активировании (терчообработке с последующим отбором тока), вызывающем понижение термоэлектронной работы выхода катодного материала, как за счет уменьшения х, так и за счет уменьшения .

При активировании происходит восстановлен< окисла металлом керна или введенными него присадками (Si, А1, W, Mg, Zr, Ва и др.) с образованием стехиометрического избытка металла окисла (или вакансий кислорода), которые служат донорами в окисной системе, обуславливая смещение уровня Ферми к дну зоны проводимости, т. с. уменьшение Я . Одновременно в результате диффузии образовавшихся избыто liffix атомов к поверхности происходит понижение х за счет образования на поверхности окисла электроположительного двойного слоя.

Достигаемая в результате активирования сравнительно низкая работа выхода катодного материала (S 1,3 — 1,4 эВ для оксидного катода (Ва, S!, Са) — О при Т =

= 600 — 700" К):3if rpyдняет получение безОарьс >i«>! i> контакта к активному катодному

, < K P I-I | I I lA

К;:. «I1!3«(ТН iI i I pа ниl(p мeта. |1-по, уl! pОводниK Опpc ц. (Истся соотношение ч f = Ф - S -

=- Ф х. где Ф--- и;<: <)т;i f

С.!С,(>!3.: . < I!

< -)В fi ()Тl!< ii (),;3(,1l! <) !< ) I < -)!> ><() (С-ll!TBH, ЧТО Х ДЛЯ

>ксидио (> катода равно 0,3 ЭВ), т. е.

),I< êгрОинаH )чи«сия к Iòo1а будет лимиTèр<>в;>ться ис !>;)ботой (3ь(хода эмиттирующей, >н< рхности S. и высотой контактного барьера,((фиг. 2). которая и будет опреде. 1)(т), Э<1)фСI(TII IIII<)(Tb ЭМИССИИ. ! (с«!>(3 >ч !;<>)3)иисния эффективности

: 3!fI««. iI:. (:,;:".<>-.iI< ктронного катода является

< Оздаиис у<ë<>f)èé,()III перехода электронов из ксрi|а в и

-)I1I цс.|ь может быть достигнута путем . ((.Н|><)(3ания прилегающей к керну области

IIi)KpllTIIH мелкими донорными примесями с кони(f!òpilèèåé более 10 см з. В этом случае (ф|п 3) барьер становится настолько ."<ким. что вследствие туннельного эффекта нс огра пичи вает прохождение электронов из чсталла в активный слой. Необходимую для мого концентрацию легирующей примеси, предположив, что при рабочих температурах катода примесь полностью ионизирована, легко оценить по формуле

1О 1 — — 1-(т ° где Š— диэлектрическая проницаемость активного покрытия;

k — постоянная Больцмана;

Т вЂ” рабочая температура эчиттера: — заряд электрона;

L1) — длина экранирования.

Подставляя в эту формулу реальные значения параметров Е 1О, Т = 1000 К, и, считая, что туннельный эффект осуществ20 ляется при толщинах L>(10 см, получаем что N должно быть )3 10 см . Очевидно, что такое легирование, используемое и как дополнение к снижению работы выхода керна-подложки, будет способствовать увеличению эффективности эмиссии.

Достижение более высокой эффективности эмиссии позволяет понизить рабочую температуру катода, что приводит к увеличению ресурса его работы и, тем самым, ресурса электронного (ионного) прибора в целом, так как известно, что срок службы таких приборов определяется в основном сроком службы их катодов.

Кроме того, использование изобретения позволяет повысить надежность приборов и стабильность его параметров и КараКТе35 ристик.

Фор иула изобретения

Термоэлектронный катод, содержащий

4в керн и нанесенное на него активное термоэмиссионное покрытие, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности эмиссии, прилегающая к керну область активного тер моэм иссионно го покрытия легирована

45 примесями с мелкими уровнями с концентрацией более 10 ñì .

Источники информации, прин.*|тые во внимание при экспертизе

1. Кудинцева Г. А. и др. Термоэлектрон50 ные катоды. М., «Энергия», 1966, с. 103.

2. Добрецов Л. Н. и Гомоюнова М. В.

Эмиссионная электроника. М., «Наука», 1966, с. 207 (прототип).

81 3530

Редактор А. Наурсков

Заказ 342/67

Составитель Г. Жукова

Техред А. Войкас Корректор Г. Решетник

Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4