Способ изготовления микроострийного катода (его варианты) и устройство для изготовления микроострийного катода

 

1. Способ изготовления микроостринного катода, включающий травление заготовки для микроострийного катода в электрическом поле, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения эффективной поверхности и точности формы катода путем устранения за- i гиба конца острия, травление ведут в поперечном электрическом поле, напряженность которого изменяют периодически, с периодом 21Гн, где h 2, 3, 4, 5 ..., причем напряженность поля симметрична относительно оси заготовки. i СП С tc со оо СП риг.1

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„4 217935

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTMA (21) 3770809/22-02 (22) 05.07.84 (46) 15.03.86. Бюл. 9 10 (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (72) С.А.Айтхожин, М.М.Дедловский и

Н.П.Хаблак (53) 621.357(088.8) (56) Мюллер Э. и др. Автоионная микроскопия. M.: Металлургия, 1972, с. 143.

Авторское свидетельство СССР

Ф 512505, кл. Н 01 3 9/02, 1976. (54)СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРООСТРИЙНОГО КАТОДА (ЕГО ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙt (58 4 С 25 F 5/00,7/00//Н 01 J 9/04, 9

М

СТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРООСТРИЙНОГО

КАТОДА (57) 1. Способ изготовления микроострийного катода, включающий травление заготовки для микроострийного катода в электрическом оле, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения эффективной поверхности и точности формы катода путем устранения загиба конца острия, травление ведут в поперечном электрическом поле, напряженность которого иэменяют периодически с периодом 27м, где

h = 2, 3, 4, 5 ..., причем напряженность поля симметрична относительно оси заготовки.

1217935

0 < Еcosg (Е

5 l0

2. Способ изготовления микроострийного катода, включающий травление заготовки для микроострийного катода в электрическом поле, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения эффективной поверхности и точности формы катода путем устранения загиба конца острия, травление ведут в поперечном электрическом поле, напряженность которого изменяют по гиперболическому закону от середины к торцам заготовки в соответствии с соотношением где 6 — угол между вектором напряженности электрического поля и осью заготовки; максимальное значение напряженности электрического поля.

3. Устройство для изготовления микроострийного катода, содержащее катод, анод-заготовку, источник питания, электронную схему управления травлением с усилителем, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения эффективной поверхности и точности формы катода путем устранения загиба конца острия, 1

Изобретение относится к технике эмиссионной электроники и может быть использовано для изготовления микроострийных катодов-автоэмиттеров (автокатодов), используемых как в приборах с накальными катодами высокой яркости, так и в приборах с холодной эмиссией в сильном электрическом поле для создания ионных проекторов, а также точечных жидкометаллических источников.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей за счет увеличения эффективной поустройство снабжено средствами синхронного перемещения катода в направлении оси и наклона под углом . от 0 до 180 к оси, катод выполнен по крайней мере из двух игл, расположенных симметрично относительно оси анода-заготовки, электронная схема управления травлением снабжена реле с двумя группами нормально замкнутых контактов, операционным усилителем, источником опорного напряжения, постоянным и,переменным сопротивлениями, а усилитель выполнен в виде сбалансированного по выходу дифференциального усилителя с двумя входами, причем между землей и первым входом дифференциального усилителя включен последовательно катод, соединенный через одну из пар нормально замкнутых контактов реле с минусом источника питания, один окнец анода-заготовки соединен с плюсовым источником питания, а другой ее конец — с второй парой нормально замкнутых контактов реле, второй вх0д дифференциального усилителя соединен с источником опорного напряжения, выход дифференциального усилителя соединен по первой цепи обратной связи через операционный усилитель с обмоткой реле и по второй цепи обратной связи через последовательно соединенные постоянное и переменное сопротивления — с первым входом дифференциального усилителя. м 2 верхности и точности формы катода путем устранения загиба острия.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 и 3 — схемы электрического поля вокруг заготовки.

Устройство (фиг. 1) содержит ка=

1 тод в виде игл 1, заготовку (анод) 2, механизм 3 перемещения заготовки-анода (перемещение показано стрелками); электролит 4, источник 5 питания, схему 6 управления травлением, содержащую дифференциальный усилитель (ДУ) 7, реле 8 с двумя группами нормально замкнутых контактов 9 и 10, Острие получают профилированным.

; Профили имеют форму ребер и площадок вдоль оси острия катода. Число ребер зависит от числа игл катода.

Изготовление микроострийного катода по второму варианту способа осуществляют аналогично: перемещая — . иглы по углу к оси заготовки и (или) вдоль собственной оси (показано стрел ками), изменяют величину напряженности электрического поля (электролит и время травления те же, что и в первом варианте).

Поскольку травление шейки заготовки проводят с помощью катода, состоящего из нескольких игл, расположенных симметрично травимой заготовке, то устраняют искривление микроострийного катода. Это связано с тем, что процесс травления шейки заготовки происходит по струйному механизму.

Концентрированные потоки с большей

3 источник 11 опорного напряжения, постоянное и переменное сопротивления 12 и 13 соответственно, средство 14 управления механизмом перемещения игл, операционный усилитель

15. При этом катод (иглы 1) соединен с минусом источника 5 питания через одну пару нормально замкнутых контактов 9, один конец анода-заготовки 2 связан с плюсом источника 5 питания, другой конец анода-заготовки 2 соединен через вторую пару нормально замкнутых контактов 10 с первым входом ДУ 7,а второй вход ПУ соединен с источником 11 опорного напряжения. Выход ДУ 7 по цепи обратной связи соединен через усилитель 15 с обмоткой реле 8, вторая обратная связь соединяет выход ДУ 7 через последовательно соединенные сопротивления 12 и 13 с первым

1 входом ДУ.

Изготовление микроострийного катода осуществляется следующим образом.

Заготовку-анод в виде проволоки (стержня) 2 помещают по оси катода

1, состоящего из симметрично рас"положенных подвижных игл, соединенных с минусом источника 5 питания (фиг. 1). Пипеткой вносят в зону травления заготовки каплю электролита. Включают источник 5 питания, осуществляют электрохимическое травление. Электрическое поле 16 вокруг заготовки периодическое (см. фиг. 2).

1217935 4 плотностью разделены областями пониженной плотности так, что возможные области нестабильности пространственно локализованы в узких областях око-.

5 ло игольчатых катодов. Наклон и перемещение игл приводит к подбору величины напряженности электрического поля.

Напряженность электрического поля 17 (одной полярности) изменяют периодически (период 2КI, где н =

2, 3, 4 ...) по гиперболическому закону.

Концентрируя поле на отдельных участках заготовки, можно создать профилированный микроострийный катод с заданной конусностью. Профилированные катоды обладают расширенными функциональными воэможностями: так как они легче обычных, то характеризуются повышенной механической прочностью, что позволяет использовать их в устройствах с горизонтальным расположением эмиттера. Такие катоды могут быть применены в ионных жидкометаллических источниках и имеют больший срок службы, так как снижает-. ся степень испарения микроострийного профилированного катода, что суще30 ственно для улучшения качества изображений атомного зонда. Такие катоды обладают повышенной эффективностью эмиссии в результате увеличения рабочей поверхности катода. Качество профилированного котода существенно повышено вследствие автоматического управления процессом травления по. средством электронного устройства (см. фиг. 1), кроме того, возможно получение идентичных катодов на

Э базе которых возможно создание двухканальных атомных зондов.

В связи с тем, что иглы-катод имеют возможность синхронного перемещения в направлении собственной оси, а также под углом заготовки с

45 вариацией угла от О до 180 (см. фиг. 3), возможно изменение длины конусности микроострийного катода с профилированной боковой поверхно".: стью. Кроме того, поворот игл на угол позволяет изменять режим травления в зависимости от используемого электролита и материала.

При всех положениях игл поле между ними и заготовкой симметричное периодическое, при этом величина напряженности может изменяться при изменении наклона игл.

1217935

Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, работает следующим образом.

В момент, когда включены источники питания ДУ 7 (не показаны) и источник 5 питания, ток от источника 5 питания проходит по двум каналам.

В. первом канале ток проходит через первую группу нормально замкнутых 10 контактов 9, реле 8, заготовку-провод (анод) 2, электролит 4 и катодиглы 1, а во втором — через заготовку 2, через вторую группу нормапьно замкнутых контактов реле 10 и 15 первый вход ДУ 7. Посредством сопротивлений 12 и 13 в цепи обратной связи и источника 11 опорного напряжения балансируют ДУ, устанавливая ноль тока на его выходе. При этом посред- 20 ством источника 11 опорного напряжения устанавливают заданный уровень тока срабатывания реле 8. Поэтому, когда заготовка перетравится или когда ток, проходящий через нее, 2S достигнет заданной величины (благодаря источнику опорного напряжения), усиленный сигнал разбаланса (усилитель 15) попадает. на обмотку реле 8.

Реле срабатывает, группы контактов 30 размыкаются. Травление прекращается.

Использование изобретения позволяет попучать воспроизводимые профильные микроострийные катоды. При этом профили выполняются в виде площадок и ребер вдоль оси заготовки. Весь процесс изготовления микроострий может быть автоматизирован. Кроме того, применение изобретения позво- 40 ляет устранить искривление оси конуса.

Вариация положения игл (нормально к оси заготовки или под углом к ней) изменяет условия травления, т.е. при 4> нормальном расположении игл к оси за, готовки получают профилированные иглы с чередующимися широкими площадками (канавками) и узкими ребрами, вытянутыми вдоль оси заготовки, при расположении игл катода под углом к оси возможно управление высотой кэнусности катода.

Пример 1 (по первому варианту). Получены профилированные микроострийные катоды из вольфрамовой проволоки диаметром 0,2 мм.Злектрохимическое травление проводили в

20Х-ном р-pe NaOH. Катод был выполнен в виде трех игл, расположенных в плоскости, нормальной к оси заготовки. Напряжение источника питания изменяли от 6 до 15 В. Профилированный катод имеет в этом случае по три ребра и площадки. Время травления

30 — 40 с. Воспроизводимость геометрической формы 80Х при радиусе кривизны острия микроострийного катода

0,5 мкм.

Пример 2 (по второму варианту). Аналогично примеру 1, но иглы катода наклонены под углом к заготовке. Получены катоды с изменением конусности при изменении угла накло на игл в пределах 0-180 от долей миллиметра до миллиметра, т. е, при 0 и 180 конусность i мм, при 60

O S мм и при 90 0,2 мм. Время травления 30-40 с.

Таким образом, использование изобретения позволяет снизить затраты электролита и материала на изготовление катода, повысить качество микроострийных катодов (их вослроиэводимость), что связано с уменьшением загиба конца микроострийного катода, повысить эффективность эмиссии катода путем выполнения его профилированным, воспроизводимость высоты конусности и радиуса кривизны конца его острия меньше

0 5 мкм.

Составитель Ю.Поздеева

Редактор Л.Веселовская Хехред.Ж.Кастелевич Корректор А. Обручар

Заказ 1086/34 Тираж 6 15 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4