АВТОЭМИССИОННЫЙ ТРИОД

Настоящая полезная модель относится к устройствам вакуумной эмиссионной электроники, а более точно - к автоэмиссионным триодам, в том числе на основе алмазоподобных пленок, а также к устройствам на основе автоэлектронной эмиссии, таким, как автоэмиссионные приборы СВЧ-электроники, источники света.
Известен автоэмиссионный триод, устройство на его основе и способ его изготовления (см. патент РФ №2118011, МПК H01J 21/10, H01J 31/12, H01J 9/02, опубл. 20.08.1998). В известном автоэмиссионном триоде катод образован монокристаллической подложкой кремния и выполненными на ней монокристаллическими острийными эмиттерами, а три принципиальных компонента триода - катод, сетка (управляющий электрод) и анод разделены между собой с помощью двух типов спейсеров, оба из которых образуют единое монокристальное целое с указанной подложкой. Эмиттеры имеют покрытие из материала, увеличивающего эмиссию электронов. Управляющий электрод представляет собой отдельную деталь специальной конструкции.
Недостатком известного автоэмиссионного триода является сложность технологии изготовления как спейсеров, так и острийных эмиттеров.
Известен автоэмиссионный триод (см. патент РФ №2161840, МПК H01J 21/20, H01J 31/12, опубл. 10.01.2001). В предлагаемом автоэмиссионном триоде, содержащем анод, автоэмиссионный катод и расположенную между ними управляющую сетку, катод выполнен в виде нанокристаллического алмазного эмиттера, имеющего порог эмиссии порядка 2-6 В/мкм, а зазор между катодом и анодом и напряжение выбираются так, чтобы поле на катоде было достаточным для работы автоэмиссионного катода, что делает возможным выполнение управляющей сеткой функций запирающей сетки.
Недостатком известного автоэмиссионного триода является ключевой режим управления, что исключает возможность усилительного режима работы.
Задачей данной полезной модели является создание автоэмиссионного триода с расширенными возможностями применения катодного узла, повышение технологичности изготовления, надежности, долговечности и стабильности работы.
Для решения поставленной задачи предлагается изготавливать катод автоэмиссионного триода из алмазоподобных кремний-углеродных пленок (АКУП) легированных металлами [1, 2]. АКУП обладают свойствами близкими к традиционным алмазоподобным пленкам, но во многом превосходят их. Металлосодержащие АКУП являются электропроводящими нанокомпозитами. Структура пленок позволяет вводить в них металлы в концентрациях до 50 атомных процентов, при сохранении аморфности и однофазности. При использовании карбидообразующего металла, в нанокомпозите образуются кристаллические наночастицы его карбида. Металлы выбираются из ряда имеющих стабильные карбиды, таких как гафний, ниобий, тантал, титан, цирконий. Главным фактором, определяющим выбор легирующего металла, являющегося основой нанофазы нанокомпозитной алмазоподобной пленки эмитирующей электроны, является величина работы выхода электрона с поверхности материала нанофазы. Варьируя вид легирующего металла можно в широких пределах менять порог эмиссии, что расширяет возможности применения катодного узла для различных автоэмиссионных приборов.
Высокая механическая и химическая стабильность алмазоподобных пленок обеспечивает надежность, долговечность и стабильность работы триода.
Для получения заявляемого автоэмиссионного триода изготовлен автоэмиссионный катод на основе АКУП легированной титаном. АКУП получена путем осаждения на подложку в вакууме из двух одновременно работающих источников - плазмотрона и магнетрона по технологии, описанной в [1, 2].
На основе полученного катода собирается автоэмиссионный триод.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема автоэмиссионного триода. На фиг. 2 показаны вольтамперные характеристики автоэмиссионного триода.
Предлагаемая конструкция автоэмиссионного триода, (изображена на фиг. 1), содержит анод 1, представляющий собой слой металла напыленный на диэлектрическую подложку 2, управляющий электрод 3 так же представляет собой слой металла напыленный на положку из диэлектрика 4, слой металла 5 выполняющий роль спейсера и контакта к автоэмиссионному катоду. Катод 6 представляет собой АКУП легированную титаном, осажденную на подложку 7. Катод устанавливается на металлический контакт 5. Разница в толщинах напыленных слоев спейсера 5 и управляющего электрода 3 задает величину зазора катод - управляющий электрод. Таким же образом задается зазор анод - катод.
При изготовлении элементов конструкции триода используются хорошо отработанные технологии магнетронного напыления и фотолитографии, что позволяет с высокой точностью реализовать геометрию и заданные расстояния между электродами.
Исследование вольтамперных характеристик автоэмиссионного триода производилось в вакуумной камере. При приложении напряжения между катодом 7 и анодом 1 и при наличии положительного, относительно катода, напряжения на управляющем электроде 3 на кромке автоэмиссионного катода 6 возникают условия, достаточные для автоэлектронной эмиссии, а именно, напряженность электрического поля превышает порог эмиссии. Как видно из графиков, приведенных на фиг. 2 величина анодного тока зависит от напряжения на управляющем электроде.
Таким образом, предложенный автоэмиссионный триод позволяет создавать новый тип автоэмиссионных приборов на основе легированных металлом алмазоподобных кремний-углеродных пленок. Технический результат полезной модели - расширение возможностей применения катодного узла, повышение технологичности изготовления, надежности, долговечности и стабильности работы триода.
Источники информации
1. М.Л. Шупегин, Осаждение пленок металлсодержащих нанокомпозитов с кремний-углеродной матрицей. «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», №2. 2013. Том 79. С. 28-32.
2. Ю.В. Пархоменко, М.Д. Малинкович, Е.А. Скрылева, М.Л. Шупегин. Технология получение, структура и свойства металлсодержащих нанокомпозитов с кремний-углеродной матрицей. Изв. Вузов. Материалы электронной техники. 2005. №3. С. 12-16.