ПЛАНАРНАЯ ВАКУУМНАЯ МИКРОСХЕМА

Вакуумные микросхемы – это одно из направлений микроэлектроники. В обзоре (Ivor Brodie, Paul Richard Schwoebel Vacuum Microelectronic Devices proceedings of the IEEE, Vol. 82. No. 7, July 1994, рр. 1006-1034) приведены ссылки на 170 работ в этой области, начиная с 1958 года. Вакуумные микросхемы обладают повышенной радиационной стойкостью, и их параметры не зависят от температуры.
-10
-7
Вакуумные микросхемы с металлическими автоэлектронными эмиттерами требуют для обеспечения надежной работы вакуума порядка 10 мм ртутного столба, тогда как вакуумные микросхемы с эмиттерами на основе углерода могут работать при вакууме 10 мм ртутного столба.
Известна конструкция корпуса вакуумной микросхемы, предназначенной для работы в условиях космического пространства [Патент на полезную модель RU 184860, МПК H01J21/10, B63G1/00, опубл. 13.11.2018]. Указано, что на высоте свыше 1000 км и, в частности, на геостационарной орбите (высота порядка 36000 км) уровень вакуума достаточен для обеспечения надежной долговременной работы вакуумных микросхем. Эта возможность реализуется при создании конструкции вакуумной микросхемы в соответствии с указанным патентом.
Однако есть еще одна причина ненадежности вакуумных микросхем как с металлическими, так и с углеродными автоэлектронными эмиттерами – вакуумный пробой. При этом в течение короткого времени анодный ток концентрируется на одном из эмиттеров, причем величина тока достаточна для оплавления или испарения острия автоэлектронного эмиттера, что выводит эмиттер из строя.
Целью настоящей заявки на полезную модель является создание конструкции вакуумной микросхемы, исключающей возможность возникновения вакуумного пробоя. Технический результат реализуется таким образом, что последовательно с каждым автоэлектронным эмиттером смонтирован резистор, ограничивающий ток, протекающий через автоэлектронный эмиттер, что исключает выход автоэлектронного эмиттера из строя.
В качестве прототипа принята полезная модель по патенту [Патент на полезную модель RU 168873, МПК: H01J21/10, опубл. 22.02.2017].
На Фиг. 1 представлена конструкция предложенной вакуумной планарной микросхемы. Она состоит из катода (1), анода (2), управляющего электрода (3), совокупности автоэлектронных эмиттеров (4) и резисторов (5), расположенных между катодом (1) и автоэлектронными эмиттерами (4). Величина сопротивления резисторов выбирается таким образом, чтобы она не ограничивала токи автоэлектронных эмиттеров, но сильно ограничивала бы ток вакуумного пробоя, исключая, тем самым, возможность возникновения самого вакуумного пробоя.
Современная техника электронной литографии позволяет создавать на ширине 1 мм свыше 1000 эмиттеров и связанных с ними резисторов.
Величина сопротивления каждого резистора определяется его длиной и площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением металла, на основе которого изготовляется резистор. Резисторы могут быть сделаны как из подходящего материала по параметру удельного сопротивления, так и из того же материала, что и автоэлектронные эмиттеры.
2
3
4
2
3
Для исключения возможности возникновения вакуумного пробоя между анодом и поверхностью резисторов или поверхностью катода последние могут быть защищены слоем защитного диэлектрика, в качестве которого могут быть использованы такие материалы, как SiO, SiN, АlO.
Литература
1. Ivor Brodie, Paul Richard Schwoebel Vacuum Microelectronic Devices proceedings of the IEEE, Vol. 82. No. 7, July 1994, рр. 1006-1034.