Способ изготовления острийного автоэмиттерас локализованной эмиссией

Способ изготовления острийного автоэмиттерас локализованной эмиссией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ii ц 82826l

ОП ИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Севз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 07.06.79 (21) 2777998/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (51) М. Кл.з

Н 01J 9/02

Н 01J 1 30

Гасударственный комитет (53) УДК 621.3.032. .212 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

° .и!,! . !

)К. И. Дранова, В. А. Ксенофонтов, В. Б. Кульке, Б. Г. Лазарев, Л. С. Лазарева и И. М. МихайловскиВ-""

М (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСТРИЙНОГО

АВТОЭМИТТЕРА С ЛОКАЛИЗОВАННОЙ ЭМИССИЕЙ

Изобретение относится к электронной технике и приборостроению и может быть использовано при изготовлении автоэмиттеров, в особенности холодных катодов с автоэмиссией и источников положительных б ионов, основанных на явлении автоионизации.

Автоэлектронные эмиттеры с локализованной в малом телесном угле эмиссией применяются в электронных и рентгеновских микроскопах, в телевидении, а также в других высокоразрешающих электроннолучевых приборах. Источники положительных ионов с локализованной эмиссией используются в ионной микроскопии и литографии.

Известен способ изготовления острийного автоэмиттера с локализованной эмиссией, включающий электрохимическое изготовление острия, бомбардировку его ионами вещества с ограниченной растворимостью в материале острия и повышенной эмиссионной способностью до получения пересыщенного твердого раствора и испарение электрическим полем до вскрытия комплексов внедренных атомов (1), При среднем радиусе комплекса внедренных атомов повышенной эмиссионной способноо сти около 10 А и радиусе кривизны острия 3о

2 о

10 А угол эмиссии такого локализованного источника составляет около 1 .

Однако в этом способе ионы вещества с ограниченной растворимостью (например, Ni в W) снижают работу выхода в центрах локализации недостаточно эффективно.

Кроме того, способ не применяется при легировании материала острия атомами вещества (Zr), эффективно снижающего работу выхода, но растворимого в материале острия. При легировании тугоплавких металлов Zr образуется однородный твердый раствор Zr в металле, выпадений цирконийсодержащей фазы с низкой работой выхода не происходит и локализация эмиссии практически отсутствует.

Известен также способ изготовления острийного автоэмиттера с локализованной эмиссией, включающий электрохимическое травление острия, формирование атомногладкой поверхности испарением в электрическом поле, напыление на нее Zr и термообработку в кислородсодержащей среде в течение времени, необходимого для образования на вершине острия участков, в которых локализуется эмиссия (2).

Недостаток указанного способа заключается в низкой локализации эмиссии, связанной с тем, что образовавшиеся после термообработки окислы циркония сосредо828261

20 точиваются вблизи грани (110), занимающей значительную часть эмиттирующей поверхности, при этом угол расходимости эмиссии составляет 12 — 18 .

Целью изобретения является повышение эффективности локализации эмиссии, Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления острийного автоэмиттера с локализованной эмиссией из сплава тугоплавкого металла с цирконием, включающем электролитическое травление заготовки острийного автоэмиттера, формирование атомно-гладкой поверхности испарением в электрическом поле и термообработку в кислородсодержащей среде, последняя содержит кислород в количестве от

50 до 100 числа атомов циркония в сплаве, причем термообработку в кислородосодержащей среде проводят перед электролитическим травлением.

При термообработке тугоплавких металлов, легированных цирконием, в кислороде либо углекислом газе в сплавах образуются мелкодисперсные частицы ZrOq, характеризующиеся повышенной эмиссионной способностью. Из данных о распределении эмиссионного контраста на поверхности острийного эмиттера в автономном режиме следует, что большинство частиц ZrO имео ет размер r = 5 — 10 А. о

Для острий радиусом Я 10 А угол составляет а = 360 = 1, 2 А при этом с увеличением радиуса кривизны вершины эмиттера угол эмиссии уменьшается, так как средний размер частиц ZrO> остается постоянным.

Из анализа данных автоионномикроскопических исследований сплавов Ъ и Nb c

Zr, термообработанных в кислородсодержащей среде с различным содержанием кислорода (0) следует, что коагуляция циркониевых частиц в сплаве, приводящая к образованию ярко эмиттирующих центров, происходит при содержании молекул О в количестве от 50 до 100О/о количества атомов Zr в сплаве. При малом содержании кислорода центры локализации эмиссии не образуются, а при содержании кислорода

40 — 45/q центры эмиссии наблюдаются нерегулярно. Если же количество кислорода в среде превышает содержание циркония в сплаве, т. е. ) 100 /о, то помимо окисления

Zr в матрице сплава растворяется О, что повышает автоэмиссионную способность Ъ и Nb, приближая ее к эмиссионной способности ZrO и приводя к делокализации эмиссии.

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является возможность регенерации эмиттера испарением в электрическом поле в случае повреждения эмиттирующей поверхности при эксплуатации, а также повышенная технологичность.

6О

4

Пример. Заготовку в виде участка ленты массы т = 2 ч из сплава Nb

1,5 ат. /о Zr помещают в камеру, где создают вакуум до 10 — торр. Затем в камеру подают кислород в количестве 6,6 смз, соответствующем содержанию молекул кислорода от 50 до 100 /О числа атомов Zr в сплаве, определяемом по формуле

mC

V — объем кислорода при нормальном давлении, см ;

С вЂ” содержание атомов легирующего компонента Zr в сплаве, ат. /о, А — атомный вес основного компонента сплава Nb, образующего его матрицу

К вЂ” коэффициент, определяющий соотношение числа молекул 0 и атомов

Zr в сплаве, равный (1,1 — 2,2) °

° 10, см /моль.

В данном случае К = 2,2.10 см /моль.

После этого камеру прогревают до 700—

800 С в течение 20 мин, Затем из ленты вырезают полоски и из них электрохимическим травлением изготовляют острия. Последние помещают в автоионный микроскоп, путем испарения электрическим полем формируют атомно-гладкую поверхность и вскрывают комплексы атомов ZrO> с повышенной эмиссионной способностью.

В микроскопе изучают степень локализации эмиссии в образцах.

С помощью данного способа были получены образцы из сплава Nb 1,5 ат. /О Лг, термообработанные в различных по содержанию кислорода средах.

Площадь области локализации эмиссии — 10 — 4 см, угол расходимости эмиссионного пучка — 1 ..

Ф ор мул а изобретения

Способ изготовления острийного автоэмиттера с локализованной эмиссией из сплава тугоплавкого металла с цирконием, включающий электролитическое травление заготовки, формирование атомно-гладкой поверхности испарением в электрическом поле и термообраоотку в кислородсодержащей среде, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности локализации эмиссии, кислородсодержащая среда содержит кислород в количестве от 50 до

100% числа атомов циркония в сплаве, причем термообработку в кислородсодержащей среде проводят перед электролитическим травлением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2526961, кл. Н OIJ 9/02, 1978.

2. Патент США ¹ 3374386, кл. 313 †3, опублик. 1968 (прототип).