СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНОГО УЗЛА ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING OF ELECTRODE ASSEMBLY FOR PHOTOELECTRONIC DEVICE

Заявляемые технические решения относятся к изготовлению фотоэлектронных приборов (ФЭП) с электростатической системой планарного типа, таких, как фотоэлектронные умножители, координатно-чувствительные детекторы, электронно-оптические преобразователи (ЭОП), а также фотоприемные модули на основе электронно-чувствительных ПЗС- или КМОП-матриц, телевизионные передающие трубки с электронно-оптическим преобразованием. Более конкретно, заявляемые технические решения могут быть использованы для соединения заготовок электродов, выполненных в виде пластин из сформированной на временной подложке полупроводниковой структуры, с торцевыми элементами упомянутых фотоэлектронных приборов.
3
5
2
6
3
5
2
6
Как известно, фотоэлектронный прибор по существу представляет собой герметично запаянную оболочку с внутренней вакуумированной полостью и с последовательно расположенными во внутренней вакуумированной полости, по меньшей мере, двумя рабочими электродами. Одним таким рабочим электродом фотоэлектронного прибора является фотокатод, который под действием падающего на него оптического излучения эмитирует электроны во внутреннее вакуумное пространство фотоэлектронного прибора. Другим рабочим электродом фотоэлектронного прибора является анод, последний, выходной рабочий электрод, который, выполняя функцию основного коллектора электронов, собирает эмитированные электроды для последующего преобразования их энергии в выходной сигнал. В зависимости от функционального назначения и соответствующей конструкции фотоэлектронного прибора его выходной сигнал может быть образован в форме электрического сигнала (в фотоэлектронных умножителях, детекторах фотонов, фотоприемных модулях на основе электронно-чувствительной ПЗС- или КМОП-матрицы, телевизионных передающих трубках) или в форме оптического сигнала, то есть, видимого оптического излучения, которое получают путем преобразования электронного потока при помощи люминофорного покрытия (в электронно-оптических преобразователях). Известно также, что в фотоэлектронном приборе с электростатической системой планарного типа его герметичная оболочка конструктивно состоит из боковой стенки и торцевых элементов, герметично прикрепленных к противоположным концам упомянутой боковой стенки. Причем, внутренние, то есть, обращенные во внутреннюю вакуумированную полость герметичной оболочки, поверхности торцевых элементов являются плоскими. Один из торцевых элементов фотоэлектронного прибора обеспечивает пропускание к фотокатоду оптического излучения, падающего на наружную, расположенную за пределами герметичной оболочки, поверхность торцевого элемента. Такой торцевой элемент фотоэлектронного прибора по существу является его оптическим входом или, другими словами, входным окном, и может быть выполнен в виде стеклянной или волоконно-оптической пластины. Другой, прикрепленный к противоположному концу боковой стенки, торцевой элемент фотоэлектронного прибора по существу является его рабочим выходом и в различных модификациях фотоэлектронного прибора может обеспечивать как пропускание оптического излучения, испускаемого катодолюминесцентным экраном (в электронно-оптических преобразователях), так и функцию преобразования такого оптического излучения в электрический сигнал. Соответственно своей функции, выходной торцевой элемент может быть выполнен из стеклянной или волоконно-оптической пластины, в том числе, в виде фокона, а также, может содержать кремниевую пластину с выполненной на ней фотоприемной ПЗС- или КМОП-матрицей, которая, в свою очередь, может быть сочленена с волоконно-оптическим элементом. В фотоэлектронных приборах с электростатической системой планарного типа известно использование различных полупроводниковых структур, выполненных, в частности, на основе элементов групп АВ или АВ, для изготовления из них основных электродов фотоэлектронных приборов, то есть, фотокатодов и анодов в виде катодолюминесцентных экранов. Такие полупроводниковые структуры известными способами выращивают на временных подложках в виде тонких пластин. Причем такие полупроводниковые пластины являются, собственно, заготовками электродов, поскольку для получения способного к работе электрода упомянутые пластины полупроводниковых структур необходимо подвергнуть определенной обработке с тем, чтобы обнажить активный, способный к эмиссии, слой структуры и привести открытую поверхность активного слоя в состояние эффективного отрицательного электронного сродства. Однако, поскольку пластины полупроводниковых структур на основе элементов групп АВ или АВочень тонкие и хрупкие, то это затрудняет их обработку. Поэтому до присоединения торцевых элементов фотоэлектронного прибора к его боковой стенке упомянутые полупроводниковые пластины, для их поддержания, присоединяют к внутренним поверхностям входных или выходных торцевых элементов фотоэлектронного прибора, образуя, таким образом, соответствующий электродный узел фотоэлектронного прибора, - фотокатодный или анодный. Причем заготовки электродов присоединяют к упомянутым торцевым элементам фотоэлектронного прибора поверхностью, противоположной поверхности, находящейся со стороны временной подложки, а между соединяемыми поверхностями заготовки электрода и торцевого элемента фотоэлектронного прибора предварительно формируют просветляющий слой, нанося его на одну из соединяемых поверхностей. Из уровня техники известно, что в случае, когда торцевой элемент фотоэлектронного прибора выполнен из стекла, он может быть соединен с упомянутой, выполненной из полупроводниковой структуры, заготовкой электрода за счет обеспечения процесса ионной диффузии между соединяемыми поверхностями. Процесс ионной диффузии между соединяемыми поверхностями может быть обеспечен различными известными способами, в том числе, под воздействием электрического поля и высокой температуры. Качество изготовления электродного узла соединением заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора имеет важное значение, поскольку влияет на технико-эксплуатационные характеристики как непосредственно электродного узла, так и в целом фотоэлектронного прибора с применением такого электродного узла.
3
4
3
4
-9
Из статьи «Electrostatic Bonding of GaAs Photocathode Materials to Glass» («Склеивание GaAs-фотокатода, работающего на просвет, методом электростатического соединения») авторов GAO Fei, GUO Hui, HU Cang-lu, XIANG Shi-ming, SHI Feng, PENG Cha-xia, FENG Chi, XU Xiao-bing (China) (Acta Photonica Sinica, 2008, Vol. 37, № 8, August 2008, номер в Китайской системе библиотечной классификации 0462.3, идентификатор А, номер статьи 1004-4213 (2008) 08-1549-4) известны способ и устройство для изготовления фотокатодного узла для электронно-оптического преобразователя, которые приняты в качестве ближайших аналогов соответствующих заявляемых технических решений. Согласно известному способу, ближайшему аналогу, изготавливают фотокатодный узел для электронно-оптического преобразователя электростатическим, то есть, под воздействием электрического поля, соединением (так называемое, Electrostatic bonding) полупроводниковой структуры на основе соединений GaAs, со стеклянным входным окном.  Для этого используют (фиг. 1) полупроводниковую структуру 1 и входное окно 2 электронно-оптического преобразователя. Полупроводниковая структура 1 содержит слои из AlGaAs, GaAs, AlGaAs (на фигуре не показано), которые выращены на монокристаллической подложке из GaAs известными методами металлоорганического химического парофазного осаждения или молекулярно-лучевой эпитаксии. Полупроводниковая структура 1 имеет наружную поверхность 3 и внутреннюю поверхность 4. Наружная поверхность 3 расположена со стороны монокристаллической подложки из GaAs, а внутренняя поверхность 4 противоположна наружной поверхности 3. На внутреннюю поверхность 4 наносят просветляющий слой (на фиг. не показано) из SiNтолщиной около 100 нм. Входное окно 2 предварительно изготавливают из стекла, коэффициент теплового расширения которого близок к коэффициенту теплового расширения материала используемой полупроводниковой структуры 1. Входное окно 2 имеет наружную поверхность 5 и внутреннюю поверхность 6. Используемые в способе полупроводниковую структуру 1 и стеклянное входное окно 2 подвергают химической очистке в ацетоне и этиловом спирте с использованием ультразвука и после этого высушивают. В условиях атмосферы полупроводниковую структуру 1 помещают на входное окно 2 таким образом, что внутренняя поверхность 4 полупроводниковой структуры 1 с нанесенным на неё просветляющим слоем из SiNсопряжена с внутренней поверхностью 6 входного окна 2 и, соответственно, упомянутый просветляющий слой находится между соединяемыми деталями, - полупроводниковой структурой 1 и входным окном 2. Сформированную таким образом соединяемую сборку (на фиг. не показано) фотокатодного узла нагревают до 350°С и выдерживают при заданной температуре 10 минут. После этого на соединяемую сборку фотокатодного узла подают постоянное напряжение величиной 1000 В. Причем положительный потенциал подают на наружную поверхность 3 полупроводниковой структуры 1 через точечный электрический контакт, а отрицательный потенциал подают на наружную поверхность 5 входного окна 2 через поверхностный электрический контакт. Причем, область поверхностного электрического контакта охватывает всю наружную поверхность 5 входного окна 2. Соединяемую сборку фотокатодного узла выдерживают при заданном напряжении в течение 5 минут. В условиях постоянного напряжения сила тока быстро увеличивается до максимального значения и, затем, быстро снижается и устанавливается на практически постоянном значении, что свидетельствует о завершении процесса связывания соединяемых поверхностей. После завершения процесса соединения напряжение приводят к нулевому значению и соединяемую сборку охлаждают до комнатной температуры естественным способом. После охлаждения соединенной сборки фотокатодного узла монокристаллическую подложку полупроводниковой структуры 1 и подлежащие ей слои удаляют селективным травлением так, чтобы обнажить активный слой, а обнаженный активный слой полупроводниковой структуры 1 подвергают кислородно-цезиевому активированию известным способом в условиях вакуума величиной не хуже 10Па, таким образом, получают фотокатод с отрицательным электронным сродством, работающий на просвет. Известный способ изготовления фотокатодного узла для электронно-оптического преобразователя, ближайший аналог, за счет проведения процесса соединения в условиях электрического поля позволяет, в сравнении с известными термокомпрессионными способами соединения, существенно снизить температуру, при которой происходит ионная диффузия между соединяемыми поверхностями, что, в свою очередь, уменьшает внутренние напряжения в соединяемых деталях, возникающие вследствие разницы коэффициентов теплового расширения материалов, из которых соединяемые детали выполнены. Также, электростатическое притяжение, возникающее между соединяемыми поверхностями вследствие подачи на них разности потенциалов, уменьшает длительность процесса соединения и исключает необходимость приложения значительного усилия к соединяемым деталям в процессе их соединения. При этом подача положительного потенциала на наружную поверхность 3 полупроводниковой структуры 1 через точечный электрический контакт, а отрицательного потенциала - на наружную поверхность 5 стеклянного входного окна 2 через поверхностный, охватывающий всю наружную поверхность 5 входного окна 2, электрический контакт, позволяет обеспечить плоскостное связывание соединяемых поверхностей, тем самым, обеспечить прочность соединения полупроводниковой структуры 1 с входным окном 2, достаточную для того, чтобы при последующей обработке и эксплуатации фотокатодного узла полупроводниковая структура 1 не отслоилась от входного окна 2. Однако такое воздействие на соединяемую сборку фотокатодного узла оказывает и негативное влияние, в результате которого на наружной поверхности 5 стеклянного входного окна 2 образуются участки с затемнениями и микроповреждениями в структуре стекла. Как показывает практика, из-за данных дефектов чувствительность фотокатода, полученного при дальнейшей обработке полупроводниковой структуры 1, имеет очень низкое значение. Также наблюдается неравномерное распределение значений чувствительности фотокатода на различных его участках. Данные недостатки изготовленного фотокатодного узла проявляются в такой большой степени, что, фактически являются браком и не позволяют использовать изготовленный фотокатодный узел в фотоэлектронном приборе. Затемненные и поврежденные слои стекла, образовавшиеся на наружной поверхности 5 стеклянного входного окна 2 в результате сваривания, возможно удалить шлифовкой и полировкой, однако эти операции значительно увеличивают трудовые и материальные затраты на изготовление фотокатодного узла. Таким образом, способ изготовления фотокатодного узла для фотоэлектронного прибора, ближайший аналог, обуславливает низкие эксплуатационно-технические характеристики изготавливаемого фотокатодного узла, что является недостатком технического решения, ближайшего аналога.
Для изготовления фотокатодного узла электронно-оптического преобразователя вышеописанным известным способом, принятым в качестве ближайшего аналога, используют устройство, которое также описано и схематически изображено на рисунке 1 в упомянутой выше статье «Electrostatic Bonding of GaAs Photocathode Materials to Glass» («Склеивание GaAs-фотокатода, работающего на просвет, методом электростатического соединения») авторов GAO Fei, GUO Hui, HU Cang-lu, XIANG Shi-ming, SHI Feng, PENG Cha-xia, FENG Chi, XU Xiao-bing (China) (Acta Photonica Sinica, 2008, Vol. 37, № 8, August 2008, номер в Китайской системе библиотечной классификации 0462.3, идентификатор А, номер статьи 1004-4213 (2008) 08-1549-4). Известное устройство, ближайший аналог (фиг. 1) содержит расположенные друг против друга точечный анод 7 и нагревательную пластину 8 с плоской, обращенной в сторону точечного анода 7, поверхностью 9. Точечный анод 7 и нагревательная пластина 8 выполнены электропроводящими. Известное устройство выполнено таким образом, что оно позволяет разместить между точечным анодом 7 и нагревательной пластиной 8 вышеупомянутую соединяемую сборку (на фиг. не показано) фотокатодного узла, сформированную сопряжением друг с другом вышеупомянутых полупроводниковой структуры 1 и стеклянного входного окна 2. Причем, известное устройство выполнено таким образом, что при размещении соединяемой сборки фотокатодного узла между точечным анодом 7 и нагревательной пластиной 8 наружная поверхность 5 стеклянного входного окна 2 по всей своей площади контактирует с поверхностью 9 нагревательной пластины 8, а точечный анод 7 имеет возможность точечно контактировать с наружной поверхностью 3 полупроводниковой структуры 1. Известное устройство, ближайший аналог, позволяет осуществить регулируемое нагревание размещенной в нём соединяемой сборки фотокатодного узла до температуры, необходимой для осуществления известного способа, ближайшего аналога. Так, в известном устройстве нагревание осуществляется посредством нагревательной пластины 8, контактирующей с наружной поверхностью 5 стеклянного входного окна 2 по всей площади наружной поверхности 5. Также известное устройство, ближайший аналог, позволяет подать на соединяемую сборку фотокатодного узла противоположные по знаку электрические потенциалы, тем самым, создать электрическое поле с постоянным напряжением величиной, необходимой для осуществления известного способа, ближайшего аналога. Причем известное устройство позволяет, посредством содержащегося в нём точечного анода 7, подать положительный потенциал на наружную поверхность 3 полупроводниковой структуры 1 через точечный электрический контакт. При этом известное устройство позволяет, посредством содержащейся в нём нагревательной пластины 8, подать отрицательный электрический потенциал на наружную поверхность 5 входного окна 2 через поверхностный, охватывающий всю наружную поверхность 5 входного окна 2, электрический контакт. Таким образом, известное устройство позволяет соединить полупроводниковую структуру 1 со стеклянным входным окном 2 фотоэлектронного прибора при их нагревании в заданном режиме под воздействием электрического поля в процессе осуществления известного способа изготовления фотокатодного узла для электронно-оптического преобразователя, ближайшего аналога. Однако при работе известного устройства размещенная в нём соединяемая сборка фотокатодного узла подвергается такому негативному воздействию, что в результате на наружной поверхности 5 стеклянного входного окна 2 образуются участки с затемнениями и микроповреждениями в структуре стекла. Как показывает практика, из-за данных дефектов чувствительность фотокатода, полученного при дальнейшей обработке полупроводниковой структуры 1, имеет очень низкое значение. Также наблюдается неравномерное распределение значений чувствительности фотокатода на различных его участках. Данные недостатки изготовленного с помощью известного устройства фотокатодного узла проявляются в такой большой степени, что, фактически являются браком и не позволяют использовать изготовленный фотокатодный узел в фотоэлектронном приборе. Затемненные и поврежденные слои стекла, образовавшиеся на наружной поверхности 5 стеклянного входного окна 2 в результате его соединения с полупроводниковой структурой 1 в известном устройстве, возможно удалить шлифовкой и полировкой, однако эти операции значительно увеличивают трудовые и материальные затраты на изготовление фотокатодного узла. Таким образом, известное устройство, ближайший аналог, обуславливает низкие эксплуатационно-технические характеристики изготавливаемого фотокатодного узла, что является недостатком технического решения, ближайшего аналога.
Техническая проблема, на решение которой направлены заявляемое техническое решение способа изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора и заявляемое техническое решение устройства для осуществления упомянутого способа, состоит в улучшении эксплуатационно-технических характеристик изготавливаемого электродного узла для фотоэлектронного прибора.
Указанная техническая проблема решается тем, что способ изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора, включающий соединение заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора, при этом используют источник постоянного напряжения, используют заготовку электрода, которая представляет собой пластину из сформированной на подложке полупроводниковой структуры и имеет наружную и внутреннюю поверхности, причем, поверхность упомянутой пластины со стороны подложки является наружной поверхностью заготовки электрода, а поверхность, которая вместе с наружной поверхностью заготовки электрода определяет толщину заготовки электрода, является внутренней поверхностью заготовки электрода, используют торцевой элемент фотоэлектронного прибора, который выполнен с возможностью пропускания оптического излучения и имеет плоскую, образованную массой стекла поверхность, которая является внутренней поверхностью торцевого элемента фотоэлектронного прибора, при этом поверхность, которая вместе с внутренней поверхностью упомянутого торцевого элемента определяет толщину торцевого элемента фотоэлектронного прибора, является наружной поверхностью торцевого элемента фотоэлектронного прибора, при этом заготовка электрода и торцевой элемент фотоэлектронного прибора сопряжены по своим внутренним поверхностям через тонкий просветляющий слой и таким образом образуют соединяемую сборку электродного узла, упомянутую соединяемую сборку электродного узла нагревают в заданном режиме, при этом от источника постоянного напряжения на наружные поверхности заготовки электрода и торцевого элемента фотоэлектронного прибора подают через электрические контакты противоположные по знаку электрические потенциалы для создания электрического поля с постоянным напряжением, значение которого изменяется по заданному закону, причем положительный электрический потенциал подают на наружную поверхность заготовки электрода, а отрицательный электрический потенциал подают на наружную поверхность торцевого элемента фотоэлектронного прибора, причем, отрицательный электрический потенциал подают через поверхностный электрический контакт, согласно заявляемому техническому решению характеризуется также тем, что на наружной поверхности заготовки электрода или на наружной поверхности торцевого элемента фотоэлектронного прибора задают рабочую область, в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора, при этом электрический контакт, через который подают положительный электрический потенциал, обеспечивают в пределах области на наружной поверхности заготовки электрода, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью пересекается с упомянутой заданной рабочей областью не более чем в одной точке, а поверхностный электрический контакт, через который подают отрицательный электрический потенциал, обеспечивают в пределах области на наружной поверхности торцевого элемента фотоэлектронного прибора, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью не пересекается с упомянутой заданной рабочей областью.
За счет такого технического решения минимизируется негативное воздействие, которому в процессе электростатического соединения подвергается  торцевой элемент фотоэлектронного прибора, в той его области, сквозь которую при работе фотоэлектронного прибора проходит часть оптического потока, проецируемая на заданную рабочую область, в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора. Соответственно, в данной области торцевого элемента фотоэлектронного прибора его структура сколько ни будь существенно не нарушается и часть оптического потока, проходящая сквозь толщину данной области торцевого элемента, не претерпевает сколько ни будь существенных негативных изменений, -  ослаблений и/или искажений, которые могли быть вызваны структурными дефектами торцевого элемента фотоэлектронного прибора  и которые могли бы привести к получению на выходе торцевого элемента сигнала, не адекватного по силе и/или равномерности сигналу на его входе. Таким образом, в сравнении с техническим решением ближайшего аналога, заявляемое техническое решение способа, при прочих, аналогичных с ближайшим аналогом условиях его реализации, обеспечивает на выходе торцевого элемента фотоэлектронного прибора, при работе последнего, сигнал, который в большей степени адекватный по силе и/или равномерности сигналу на входе торцевого элемента фотоэлектронного прибора, что является техническим результатом, достигаемым заявляемым техническим решением способа изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора. Соответственно, более качественный и адекватный сигнал на выходе торцевого элемента фотоэлектронного прибора обеспечивает на выходе электродного узла сигнал с лучшими параметрами, то есть, улучшает эксплуатационно-технические характеристики электродного узла, изготовленного с использованием заявляемого технического решения способа. Так, в случае изготовления фотокатодного узла для фотоэлектронного прибора заявляемое техническое решение способа обеспечивает более высокое значение и большую равномерность чувствительности на рабочем поле фотокатода, что способствует повышению степени чистоты поля зрения и частотно-контрастной характеристики ЭОП, улучшению амплитудно-частотной характеристики выходного сигнала фотоэлектронных умножителей, улучшению пространственного разрешения координатно-чувствительных детекторов. В случае изготовления анодного узла для электронно-оптического преобразователя заявляемое техническое решение способа повышает степень чистоты поля зрения на рабочем поле экрана ЭОП. Таким образом, указанный технический результат решает техническую проблему улучшения эксплуатационно-технических характеристик изготавливаемого электродного узла для фотоэлектронного прибора, на решение которой направлено заявляемое техническое решение способа изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора.
В заявляемом техническом решении способа электрический контакт, через который подают положительный электрический потенциал, может быть точечным или линейным или поверхностным электрическим контактом. В любом из этих случаев обеспечивается минимальное электрическое воздействие на наружную поверхность заготовки электрода в области прохождения части оптического потока, которая проецируется на заданную рабочую область, в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора. При этом в любом из этих случаев обеспечивается прочность соединения заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора, достаточная для того, чтобы при последующей обработке и эксплуатации электродного узла полупроводниковая структура не отслоилась от торцевого элемента фотоэлектронного прибора.
В заявляемом техническом решении способа соединение заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора предпочтительно осуществлять в условиях защитной среды, например, в азотной атмосфере или в вакууме. Это позволит предотвратить нежелательное окисление полупроводниковой структуры заготовки электрода.
Используемый в заявляемом способе торцевой элемент фотоэлектронного прибора выполнен с возможностью пропускания оптического излучения. Для реализации такой возможности торцевой элемент фотоэлектронного прибора может содержать, например, стеклянный слой или стеклянную пластину или волоконно-оптическую пластину. При этом волоконно-оптическая пластина может быть выполнена в виде фокона.
Используемый в заявляемом способе торцевой элемент фотоэлектронного прибора, выполненный с возможностью пропускания оптического излучения, может быть выполнен с дополнительной возможностью преобразования оптического излучения в электрический сигнал. Для реализации такой возможности торцевой элемент фотоэлектронного прибора может содержать кремниевую пластину с выполненной на ней фотоприемной ПЗС- или КМОП-матрицей, которая, в свою очередь, должна быть соединена со светопропускающим элементом торцевого элемента, то есть, со стеклянной или с волоконно-оптической пластиной, или должна быть покрыта стеклянным слоем.
В различных случаях реализации торцевого элемента фотоэлектронного прибора его плоская, образованная массой стекла поверхность может представлять собой, например, поверхность стеклянной пластины или поверхность стеклянного слоя. При этом стеклянный слой может быть нанесен на волоконно-оптическую пластину или на кремниевую пластину с выполненной на ней фотоприемной ПЗС- или КМОП-матрицей.
При осуществлении заявляемого способа предпочтительно, что бы внутренняя поверхность используемого торцевого элемента фотоэлектронного прибора была образована массой стекла, согласованного по температурному коэффициенту линейного расширения с материалом заготовки электрода.
Для осуществления заявляемого способа тонкий просветляющий слой может содержать диоксид кремния или монооксид кремния, или нитрид кремния.
Предпочтительно при осуществлении заявленного способа соединяемую сборку электродного узла нагревать в заданном режиме не выше температуры размягчения стекла.
Указанная техническая проблема также решается тем, что устройство для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора соединением заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора, причем упомянутая заготовка электрода представляет собой пластину из сформированной на подложке полупроводниковой структуры и имеет наружную и внутреннюю поверхности, причем, поверхность упомянутой пластины со стороны подложки является наружной поверхностью заготовки электрода, а поверхность, которая вместе с наружной поверхностью заготовки электрода определяет толщину заготовки электрода, является внутренней поверхностью заготовки электрода, причем упомянутый торцевой элемент фотоэлектронного прибора выполнен с возможностью пропускания оптического излучения и имеет плоскую, образованную массой стекла поверхность, которая является внутренней поверхностью торцевого элемента фотоэлектронного прибора, при этом поверхность, которая вместе с внутренней поверхностью упомянутого торцевого элемента определяет толщину торцевого элемента фотоэлектронного прибора, является наружной поверхностью торцевого элемента фотоэлектронного прибора, причем заготовка электрода и торцевой элемент фотоэлектронного прибора сопряжены по своим внутренним поверхностям через тонкий просветляющий слой и таким образом образуют соединяемую сборку электродного узла, при этом упомянутое устройство содержит первую и вторую поверхности, которые выполнены электропроводящими, при этом упомянутое устройство выполнено с возможностью размещения соединяемой сборки электродного узла между первой и второй поверхностями, причем, первая поверхность выполнена с возможностью контактирования с наружной поверхностью заготовки электрода при размещении соединяемой сборки электродного узла между первой и второй поверхностями, а вторая поверхность выполнена с возможностью поверхностного контактирования с наружной поверхностью торцевого элемента фотоэлектронного прибора при размещении соединяемой сборки электродного узла между первой и второй поверхностями, при этом упомянутое устройство выполнено с возможностью нагревания соединяемой сборки электродного узла при её размещении между первой и второй поверхностями, а также с возможностью подачи на первую поверхность - положительного электрического потенциала, а на вторую поверхность - отрицательного электрического потенциала для создания электрического поля с постоянным напряжением, согласно заявляемому техническому решению характеризуется также тем, что на наружной поверхности заготовки электрода или на наружной поверхности торцевого элемента фотоэлектронного прибора задана рабочая область, в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора, при этом контактирование первой поверхности с наружной поверхностью заготовки электрода осуществляется в пределах области на наружной поверхности заготовки электрода, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью пересекается с упомянутой заданной рабочей областью не более чем в одной точке, а поверхностное контактирование второй поверхности упомянутого устройства с наружной поверхностью торцевого элемента фотоэлектронного прибора осуществляется в пределах области на наружной поверхности торцевого элемента фотоэлектронного прибора, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью не пересекается с упомянутой заданной рабочей областью.
За счет такого технического решения минимизируется негативное воздействие, которому в процессе осуществления электростатического соединения подвергается торцевой элемент фотоэлектронного прибора, в той его области, сквозь которую при работе фотоэлектронного прибора проходит часть оптического потока, проецируемая на заданную рабочую область, в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора. Соответственно, в данной области торцевого элемента фотоэлектронного прибора его структура сколько ни будь существенно не нарушается и часть энергетического потока, проходящая сквозь толщину данной области торцевого элемента, не претерпевает сколько ни будь существенных негативных изменений, -  ослаблений и/или искажений, которые могли быть вызваны структурными дефектами торцевого элемента фотоэлектронного прибора  и которые могли бы привести к получению на выходе торцевого элемента сигнала, не адекватного по силе и/или равномерности сигналу на его входе. Таким образом, при прочих, аналогичных с устройством-ближайшим аналогом, условиях изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора соединением заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора, заявляемое техническое решение устройства в сравнении с техническим решением ближайшего аналога обеспечивает на выходе торцевого элемента фотоэлектронного прибора, при работе последнего, сигнал, который в большей степени адекватный по силе и/или равномерности сигналу на входе торцевого элемента фотоэлектронного прибора, что является техническим результатом, достигаемым заявляемым устройством для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора. Соответственно, более качественный и адекватный сигнал на выходе торцевого элемента фотоэлектронного прибора обеспечивает на выходе электродного узла сигнал с лучшими параметрами, то есть, улучшает эксплуатационно-технические характеристики электродного узла, изготовленного с использованием заявляемого технического решения устройства. Так, в случае изготовления фотокатодного узла для фотоэлектронного прибора заявляемое техническое решение устройства обеспечивает более высокое значение и большую равномерность чувствительности на рабочем поле фотокатода, что способствует повышению степени чистоты поля зрения и частотно-контрастной характеристики ЭОП, улучшению амплитудно-частотной характеристики выходного сигнала фотоэлектронных умножителей, улучшению пространственного разрешения координатно-чувствительных детекторов. В случае изготовления анодного узла для электронно-оптического преобразователя заявляемое техническое решение способа повышает степень чистоты поля зрения на рабочем поле экрана ЭОП. Таким образом, указанный технический результат решает техническую проблему улучшения эксплуатационно-технических характеристик изготавливаемого электродного узла для фотоэлектронного прибора, на решение которой направлено заявляемое техническое решение устройства для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора.
В заявляемом техническом решении устройства контактирование первой поверхности с наружной поверхностью заготовки электрода может быть точечным или линейным или поверхностным контактированием. В любом из этих случаев выполнения устройства обеспечивается минимальное электрическое воздействие на наружную поверхность заготовки электрода в области прохождения части оптического потока, которая проецируется на заданную рабочую область, в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора. При этом в любом из этих случаев обеспечивается прочность соединения заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора, достаточная для того, чтобы при последующей обработке и эксплуатации электродного узла полупроводниковая структура не отслоилась от торцевого элемента фотоэлектронного прибора.
Заявляемое устройство может быть выполнено с возможностью соединения заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора в условиях защитной среды, например, в азотной атмосфере или в вакууме. Это позволит предотвратить нежелательное окисление полупроводниковой структуры заготовки электрода в процессе соединения.
Используемый при работе заявляемого устройства торцевой элемент фотоэлектронного прибора выполнен с возможностью пропускания оптического излучения. Для реализации такой возможности торцевой элемент фотоэлектронного прибора может содержать, например, стеклянный слой или стеклянную пластину или волоконно-оптическую пластину. При этом волоконно-оптическая пластина может быть выполнена в виде фокона.
Используемый при работе заявляемого устройства торцевой элемент фотоэлектронного прибора, выполненный с возможностью пропускания оптического излучения, может быть выполнен с дополнительной возможностью преобразования оптического излучения в электрический сигнал. Для реализации такой возможности торцевой элемент фотоэлектронного прибора может содержать кремниевую пластину с выполненной на ней фотоприемной ПЗС- или КМОП-матрицей, которая, в свою очередь, должна быть соединена со светопропускающим элементом торцевого элемента, то есть, со стеклянной или с волоконно-оптической пластиной, или должна быть покрыта стеклянным слоем.
В различных случаях реализации торцевого элемента фотоэлектронного прибора его плоская, образованная массой стекла поверхность может представлять собой, например, поверхность стеклянной пластины или поверхность стеклянного слоя. При этом стеклянный слой может быть нанесен на волоконно-оптическую пластину или на кремниевую пластину с выполненной на ней фотоприемной ПЗС- или КМОП-матрицей.
Предпочтительно, чтобы заявляемое устройство было выполнено с возможностью нагрева соединяемой сборки электродного узла в заданном режиме до температуры размягчения стекла.
На фигуре 2 изображен общий вид заявляемого устройства для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора соединением заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора в одном из вариантов его выполнения. Заявляемое устройство для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора (фиг. 2) в одном из вариантов его выполнения содержит первую поверхность 10 и вторую поверхность 11, которые выполнены электропроводящими. Заявляемое устройство выполнено с возможностью размещения между первой поверхностью 10 и второй поверхностью 11 соединяемой сборки (на фиг. не показано) электродного узла, которая образована сопряжением заготовки 12  электрода и торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора. Заготовка 12 электрода представляет собой пластину из сформированной на подложке (на фиг. не показано) полупроводниковой структуры и имеет наружную поверхность 14 и внутреннюю поверхность 15. Наружная поверхность 14 заготовки 12 электрода располагается со стороны подложки, на которой сформирована полупроводниковая структура. Наружная поверхность 14 и внутренняя поверхность 15 определяют толщину заготовки 12 электрода. Торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора выполнен с возможностью пропускания оптического излучения и имеет внутреннюю поверхность 16 и наружную поверхность 17. Внутренняя поверхность 16 выполнена плоской и образована массой стекла. Наружная поверхность 17 и внутренняя поверхность 16 определяют толщину торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора. В соединяемой сборке электродного узла заготовка 12 электрода и торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора сопряжены по своим внутренним поверхностям 15 и 16 соответственно, через тонкий просветляющий слой (на фиг. не показано). На наружной поверхности 14 заготовки 12 электрода или на наружной поверхности 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора задана рабочая область (на фиг. не показано), в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора. Первая поверхность 10 имеет возможность точечного контактирования с наружной поверхностью 14 заготовки 12 электрода при размещении соединяемой сборки электродного узла между первой поверхностью 10 и второй поверхностью 11. Вторая поверхность 11 имеет возможность поверхностного контактирования с наружной поверхностью 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора при размещении соединяемой сборки электродного узла между первой поверхностью 10 и второй поверхностью 11. Поверхностное контактирование второй поверхности 11 с наружной поверхностью 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора осуществляется в пределах области на наружной поверхности 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью не пересекается с заданной рабочей областью. Заявляемое устройство имеет возможность нагревания соединяемой сборки электродного узла при её размещении между первой поверхностью 10 и второй поверхностью 11. Заявляемое устройство имеет возможность подачи на первую поверхность 10 и на вторую поверхность 11 противоположных по знаку электрических потенциалов для создания электрического поля с постоянным напряжением.
3
5
2
6
Заявляемые технические решения способа изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора и устройства для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора соединением заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора реализуют следующим образом (со ссылками на фиг. 2). Для реализации способа изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора используют источник постоянного напряжения (на фиг. не показано), выполненный с возможностью управляемой подачи напряжения. Также для реализации способа изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора используют заготовку 12 электрода, которая представляет собой пластину из сформированной на подложке (на фиг. не показано) полупроводниковой структуры. Полупроводниковая структура может быть выращена на монокристаллической подложке известными методами, например, методами металлоорганического химического парофазного осаждения или молекулярно-лучевой эпитаксии, и содержать слои соединений элементов групп АВ или АВ. Заготовка 12 электрода имеет наружную поверхность 14 и внутреннюю поверхность 15. Причем наружная поверхность 14 заготовки 12 электрода располагается со стороны подложки, на которой сформирована полупроводниковая структура, а наружная поверхность 14 и внутренняя поверхность 15 определяют толщину заготовки 12 электрода. Также используют торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора, который выполнен с возможностью пропускания оптического излучения. Для реализации такой возможности торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора может содержать, например, стеклянный слой или стеклянную пластину или волоконно-оптическую пластину. При этом волоконно-оптическая пластина может быть выполнена в виде фокона. В случае изготовления анодного узла фотоэлектронного прибора торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора, выполненный с возможностью пропускания оптического излучения, может быть выполнен с дополнительной возможностью преобразования оптического излучения в электрический сигнал. Для реализации такой возможности торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора может содержать кремниевую пластину с выполненной на ней фотоприемной ПЗС- или КМОП-матрицей (на фиг. не показано), которая, в свою очередь, должна быть соединена со светопропускающим элементом торцевого элемента, то есть, со стеклянной или с волоконно-оптической пластиной, или должна быть покрыта стеклянным слоем. Торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора имеет внутреннюю поверхность 16 и наружную поверхность 17. Наружная поверхность 17 и внутренняя поверхность 16 определяют толщину торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора. При этом внутренняя поверхность 16 выполнена плоской и образована массой стекла, которое, что предпочтительно, согласовано по температурному коэффициенту линейного расширения с материалом, из которого выполнена заготовка 12 электрода. Внутренняя поверхность 16 может представлять собой, например, поверхность стеклянной пластины или поверхность стеклянного слоя, в зависимости от конструктивного состава торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора. На наружной поверхности 14 заготовки 12 электрода или на наружной поверхности 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора задают рабочую область (на фиг. не показано), в пределах которой нормируют выходные параметры фотоэлектронного прибора. Выбор поверхности, на которой задают рабочую область, осуществляют в зависимости от функционального назначения изготавливаемого электродного узла. Например, в случае изготовления фотокатодного узла рабочую область задают на наружной поверхности 14 заготовки 12 электрода. В случае изготовления анодного узла рабочую область задают на наружной поверхности 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора. Размер и конфигурацию рабочей области определяют в зависимости от геометрических форм и размеров заготовки 12 электрода и торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора. Заготовка 12 электрода и торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора должны быть сопряжены по своим внутренним поверхностям 15 и 16 соответственно, через тонкий просветляющий слой (на фиг. не показано) и таким образом образовывать соединяемую сборку электродного узла (на фиг. не показано). Тонкий просветляющий слой может быть сформирован на внутренней поверхности 15 заготовки 12 электрода или на внутренней поверхности 16 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора известными способами и может содержать диоксид кремния или монооксид кремния или нитрид кремния. Сопряженные таким образом друг с другом заготовку 12 электрода и торцевой элемент 13 фотоэлектронного прибора соединяют в устройстве для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора. Для этого устройство для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора выполняют с первой поверхностью 10 и со второй поверхностью 11 таким образом, чтобы обеспечить возможность размещения соединяемой сборки электродного узла между первой 10 и второй 11 поверхностями. При этом первую поверхность 10 выполняют с возможностью её контактирования с наружной поверхностью 14 заготовки 12 электрода при размещении соединяемой сборки электродного узла между первой 10 и второй 11 поверхностями, а вторую поверхность 11 выполняют с возможностью её контактирования с наружной поверхностью 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора при размещении соединяемой сборки электродного узла между первой 10 и второй 11 поверхностями. Причем первую поверхность 10 выполняют таким образом, чтобы её контактирование с наружной поверхностью 14 заготовки 12 электрода осуществлялось в пределах области на наружной поверхности 14 заготовки 12 электрода, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью пересекается с упомянутой заданной рабочей областью не более чем в одной точке. Выполняя данное условие, первую поверхность 10 выполняют таким образом, чтобы её контактирование с наружной поверхностью 14 заготовки 12 электрода являлось, например, точечным или линейным или поверхностным контактированием. При этом вторую поверхность 11 выполняют таким образом, чтобы её контактирование с наружной поверхностью 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора было поверхностным и осуществлялось в пределах области на наружной поверхности 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью не пересекалась с упомянутой заданной рабочей областью. При этом первую поверхность 10 и вторую поверхность 11 выполняют электропроводящими, и с возможностью подачи на первую 10 и вторую 11 поверхности противоположных по знаку электрических потенциалов для создания электрического поля с постоянным напряжением. При этом устройство выполняют с возможностью нагревания соединяемой сборки электродного узла при её размещении между первой 10 и второй 11 поверхностями в заданном режиме до температуры размягчения стекла. При необходимости устройство выполняют с возможностью соединения заготовки электрода с торцевым элементом фотоэлектронного прибора в условиях защитной среды, например, в азотной среде или в вакууме. Таким образом, с учетом данных требований, устройство для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора выполняют известными в технике способами, содержащим две металлические контакт-детали, снабженные элементами для подведения к ним потенциалов от источника постоянного напряжения. Причем одну из контакт-деталей, первую, выполняют с поверхностью 10, а вторую контакт-деталь выполняют с поверхностью 11. Поверхности 10 и 11, соответственно, первой и второй контакт-деталей, предназначены для осуществления электрических контактов, то есть, являются рабочими поверхностями. Причем поверхность 10 первой контакт-детали выполняют в таких форме и размере, чтобы её контактирование с наружной поверхностью 14 заготовки 12 электрода осуществлялось в пределах области на наружной поверхности 14 заготовки 12 электрода, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью пересекается с упомянутой заданной рабочей областью не более чем в одной точке. Например, поверхность 10 первой контакт-детали выполняют в виде точки, например, как часть малой по размеру конической или сферической поверхности. Или, поверхность 10 первой контакт-детали выполняют в виде окружности, как часть цилиндрической поверхности, или в виде плоского кольца. В этих двух случаях поверхность 10 первой контакт-детали выполняют с внутренними размерами, превышающими размеры заданной рабочей области. То есть, например, когда заданная рабочая область имеет форму круга, то поверхность 10 первой контакт-детали выполняют, например, в форме плоского кольца, внутренний диаметр которого больше диаметра рабочей области. А поверхность 11 второй контакт-детали выполняют плоской и в таких форме и размере, чтобы её контактирование с наружной поверхностью 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора осуществлялось в пределах области на наружной поверхности 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора, ортогональная проекция которой на поверхности с заданной рабочей областью не пересекалась с упомянутой заданной рабочей областью. То есть, например, когда заданная рабочая область имеет форму круга, то рабочую поверхность второй контакт-детали выполняют, например, в форме плоского кольца, внутренний диаметр которого больше диаметра рабочей области. При выполнении устройства для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора, по меньшей мере, одну из контакт-деталей устанавливают с возможностью перемещения вдоль оси для возможности свободного размещения соединяемой сборки электродного узла между рабочими поверхностями 10 и 11. Для того, чтобы обеспечить нагрев соединяемой сборки электродного узла при её размещении между первой 10 и второй 11 поверхностями, вторую контакт-деталь выполняют нагреваемой. Соединяемая сборка электродного узла при её размещении между первой 10 и второй 11 поверхностями может быть нагрета также бесконтактным способом, с помощью теплового излучения. В таком случае устройство выполняют с возможностью проникновения теплового излучения к размещенной в нём сборке электродного узла. При необходимости устройство выполняют с герметичной оболочкой, позволяющей создать вокруг соединяемой сборки электродного узла защитную среду, например, азотную атмосферу или вакуум. Или, устройство выполняют с возможностью его размещения в отдельной герметичной камере, имеющей такую защитную среду в своем внутреннем объеме. Соединяемую сборку электродного узла размещают в устройстве для изготовления электродного узла для фотоэлектронного прибора между первой поверхностью 10 и второй поверхностью 11 таким образом, что наружная поверхность 14 заготовки 12 электрода обращена к поверхности 10 первой контакт-детали, а наружная поверхность 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора обращена к поверхности 11 второй контакт-детали. При этом соединяемая сборка электродного узла может удерживаться на рабочей поверхности одной из контакт-деталей, - на поверхности 10 или на поверхности 11. Поверхности 10 и 11 контакт-деталей приводят в контакт с соответствующими наружными поверхностями 14 и 17. Далее осуществляя заявленный способ, соединяемую сборку электродного узла нагревают в заданном режиме не выше температуры размягчения стекла. Нагревание соединяемой сборки осуществляют, например, контактным или бесконтактным способом, в зависимости от конструкции устройства для изготовления электродного узла. Устройство для изготовления электродного узла соединяют с источником постоянного напряжения и к наружным поверхностям 14 и 17, соответственно, заготовки 12 электрода и торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора подают противоположные по знаку электрические потенциалы, тем самым создают электрическое поле с постоянным напряжением. Причем положительный потенциал подают на наружную поверхность 14 заготовки 12 электрода через электрический контакт посредством первой контакт-детали, а отрицательный потенциал подают на наружную поверхность 17 торцевого элемента 13 фотоэлектронного прибора через поверхностный электрический контакт посредством второй контакт-детали. Величину напряжения электрического поля изменяют по заданному закону, изменяя значения электрических потенциалов. При необходимости вокруг соединяемой сборки электродного узла создают защитную среду, например, азотную атмосферу или вакуум. Для этого устройство с размещенной в нем соединяемой сборкой электродного узла размещают в отдельной герметичной камере, имеющей такую защитную среду в своем внутреннем объеме. Или, если устройство снабжено герметичной оболочкой, позволяющей создать вокруг соединяемой сборки электродного узла защитную среду, во внутреннем объеме герметичной оболочки создают такую защитную среду. По окончании соединения сборку электродного узла оставляют остывать, предпочтительно, естественным путем, во избежание возникновения внутренних напряжений в соединенных деталях, после чего её извлекают из устройства. После обработки заготовки 12 электрода, необходимой для получения из неё способного к работе электрода, изготовленный электродный узел используют для изготовления фотоэлектронного прибора. Заявляемым способом с использованием заявляемого устройства изготавливали образцы электродных узлов для фотоэлектронных приборов различного функционального назначения. Все образцы электродных узлов, изготовленные по заявляемому способу и с использованием заявляемого устройства, в отличие от электродных узлов, изготовленных по способу и с использованием устройства ближайшего аналога, были годными к работе в фотоэлектронных приборах и, при этом, показали высокие технико-эксплуатационные характеристики. Так, изготовленные образцы фотокатодных узлов для электронно-оптических преобразователей показали интегральную чувствительность фотокатода величиной не менее 2000 мкА/лм, а неравномерность чувствительности на рабочем поле фотокатода - не более 5 %. Изготовленные образцы анодных узлов для электронно-оптических преобразователей показали отсутствие дефектов, видимых на выходе электронно-оптического преобразователя и характеризующих чистоту поля зрения на рабочем поле экрана ЭОП.