Катодно-сеточный узел с углеродным автоэмиссионным катодом



Катодно-сеточный узел с углеродным автоэмиссионным катодом
Катодно-сеточный узел с углеродным автоэмиссионным катодом
Катодно-сеточный узел с углеродным автоэмиссионным катодом

 


Владельцы патента RU 2586119:

Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") (RU)

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции катодно-сеточных узлов (КСУ) с автоэмиссионными катодами из углеродного материала для вакуумных электронных приборов с микросекундным временем готовности. Технический результат - уменьшение разброса углов наклона электронных траекторий в плоскости вытягивающей сетки КСУ и уменьшение оседания тока катода на перемычки вытягивающей сетки. Катодно-сеточный узел включает автоэмиссионный катод из монолитного углеродного материала с матрицей микроострий на его рабочей поверхности, формирующую и вытягивающую сетки, разделенные слоем диэлектрика и образующие ячейки “сэндвич-сетки” над матрицей микроострий. Формирующая сетка частично погружена в тело катода, а высота выступающей части формирующей сетки - над поверхностью микроострий h, диаметры отверстий ячеек “сэндвич-сетки” d и полная высота “сэндвич-сетки” Н, включающая высоту выступающей части h формирующей сетки, толщину пленок диэлектрика и вытягивающей сетки, связаны соотношениями h<d/5, d≈2×H. 3 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции катодно-сеточных узлов (КСУ) с автоэмиссионными катодами из углеродного материала для вакуумных электронных приборов с микросекундным временем готовности.

Известна конструкция электронной пушки (ЭП), включающая КСУ с автоэмиссионным катодом из углеродных нанотрубок и токоперехватывающей молибденовой вытягивающей сеткой, размещенной над поверхностью катода [H.J. Kim, W.B. Seo, J.J. Choi, J-h. Han and J-B Yoo. Beam Emission Test in Carbon Nanjtube Cathode if a Gridded Gun. IVEC-2006. P. 479-480. Monterey]. В данной конструкции КСУ наибольшая напряженность электрического поля и, как следствие, наибольшая плотность тока автоэлектронной эмиссии создаются в зазорах между перемычками вытягивающей сетки и поверхностью катода, что приводит к прямому перехвату части тока катода перемычками сетки и ее разогреву вплоть до температуры плавления материала сетки. К недостаткам данной конструкции относится так же большой разброс углов наклона электронных траекторий относительно оси симметрии ячеек сетки в результате дефокусирующего действия электростатических линз в ячейках сетки. Это существенно усложняет согласование электронного пучка с магнитным полем и его транспортировку в пролетном канале прибора без оседания части тока на замедляющую систему.

Известна конструкция многолучевой электронной пушки, включающая КСУ, состоящий из 19-ти цилиндрических миникатодов из монолитного стеклоуглерода с матрицей микроострий на их торцах и крупноячеистой вытягивающей сетки с 19 отверстиями. Вытягивающая сетка размещена над поверхностью цилиндрических миникатодов так, что оси симметрии каждого миникатода и центры соответствующих отверстий сеток совпадают [Бушуев Н.А., Шестеркин В.И., Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Кудряшов В.П., Шалаев П.Д. Матричные автоэмиссионные катоды из стеклоуглерода: современное состояние и перспективы использования в СВЧ-приборах // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. Вып. 4 (519). 2013. С. 175-183]. Автоэмиссионный катод и вытягивающая сетка отделены друг от друга вакуумным зазором. Прямой перехват тока катода с микроострий, расположенных под перемычками сетки, в данной конструкции устранен, поскольку под перемычками сетки микроострия отсутствуют.

Недостатком данной конструкции, как и приведенной выше конструкции, является большой разброс углов наклона траекторий электронов относительно оси симметрии ячеек сетки [Darmaev A.N., Komarov D.A., Morev S.P., Shesterkin V.I., and Shalaev P.D. Experimental Investigations and Numerical Simulation of the Electron Flow Shaped bu Grigor, - Shesterkin matrix Carbon Field-Emission Cells // Journal of Communications Technology and Electronics. 2014. V. 59. №8. Р. 820-826].

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является конструкция КСУ с матричным автоэмиссионным катодом из монолитного стеклоуглерода и „сэндвич-сеткой", которая размещена непосредственно на поверхности микроострий автоэмиссионного катода и механически прижата к нему [Бушуев Н.А., Шестеркин В.И., Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Кудряшов В.П., Шалаев П.Д. Матричные автоэмиссионные катоды из стеклоуглерода: современное состояние и перспективы использования в СВЧ-приборах // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. Вып. 4 (519). 2013. С. 175-183]. „Сэндвич-сетка" представляет собой тонкопленочную „сэндвич-структуру" со сквозными отверстиями, состоящую из слоя диэлектрика, на обе стороны которого нанесены пленки пиролитического графита. Ближайшая к плоскости микроострий сетка выполняет функцию формирующей сетки, а вторая - вытягивающей сетки. В данной конструкции КСУ перехват тока катода перемычками вытягивающей сетки составляет ≈3% от тока катода.

Недостатком данной конструкции является то, что разброс углов наклона электронных траекторий к оси симметрии ячеек сетки полностью не устранен, что является причиной перехвата части тока катода перемычками вытягивающей сетки. Данный недостаток связан с неоптимальным соотношением геометрических размеров ячеек сетки.

Задачей изобретения является уменьшение разброса углов наклона электронных траекторий в плоскости вытягивающей сетки КСУ и уменьшение оседания тока катода на перемычки вытягивающей сетки.

Поставленная задача достигается тем, что катодно-сеточный узел включает автоэмиссионный катод из монолитного углеродного материала с матрицей микроострий на его рабочей поверхности, формирующую и вытягивающую сетки со сквозными отверстиями, разделенные слоем диэлектрика и образующие ячейки „сэндвич-сетки" над матрицей микроострий. Причем формирующая сетка частично погружена в тело катода, а высота выступающей части формирующей сетки - над поверхностью микроострий h, диаметры отверстий ячеек „сэндвич-сетки" d и полная высота „сэндвич-сетки" Н, включающая высоту выступающей части h формирующей сетки, толщину пленок диэлектрика и вытягивающей сетки, связаны соотношениями

h<d/5

d≈2×H

В конструкции КСУ, состоящей из катода с матрицей микроострий из монолитного углеродного материала, формирующей сетки, частично погруженной в тело катода и выступающей ее частью над поверхностью микроострий h, вытягивающей сетки, разделенные слоем диэлектрика, геометрические размеры h, d и H выбраны в соответствии с приведенными выше соотношениями так, что в плоскости вытягивающей сетки углы наклона электронных траекторий к оси симметрии ячейки сетки близки к нулю.

Предлагаемая конструкция КСУ с углеродным автоэмиссионным катодом поясняется фиг. 1:

1 - катод

2 - формирующая сетка

3 - слой диэлектрика

4 - вытягивающая сетка

5 - микроострия

Катодно-сеточный узел содержит многоострийный автоэмиссионный катод 1 с матрицей микроострий 5 из монолитного углеродного материала, формирующую сетку 2, слой диэлектрика 3 и вытягивающую сетку 4. Формирующая сетка 2 частично погружена в тело катода 1, что обеспечивает прочное соединение катода и „сэндвич-сетки. В „сэндвич-сетке" имеются сквозные отверстия диаметрами d. Полная высота Н „сэндвич-сетки" включает в себя высоту выступающей над поверхностью микроострий части формирующей сетки h, а также толщину слоя диэлектрика и вытягивающей сетки.

На фиг. 2 и фиг. 3 показано, как достигается положительный эффект. Реализуемый в данной конструкции КСУ положительный эффект достигается за счет выбора геометрических размеров ячеек „сэндвич-сетки", удовлетворяющих соотношениям (1) и (2). На фиг. 2 показано влияние выступающей над поверхностью микроострий части формирующей сетки на электронные траектории. Выступающая часть h формирующей сетки 2 искривляет линии одинакового потенциала (далее эквипотенциали) 6 электростатического поля так, что траектории электронов 7, стартующих с кольцевой поверхности автоэмиссионного катода шириной Δr, отклоняются к центру ячейки под углом α. Это отклонение тем значительнее, чем больше величина h. Угол наклона α электронных траекторий к оси симметрии ячейки тем больше, чем дальше от центра ячейки находятся их точки старта.

На фиг. 3 показано дефокусирующее влияние электростатической линзы вытягивающей сетки на электронные траектории. В плоскости вытягивающей сетки 4 электронные траектории 7 отклоняются от оси симметрии ячейки на угол α и его величина тем больше, чем дальше от центра ячейки они находятся. Электроны, стартующие в центральной части ячейки сетки, где электростатическое поле не возмущено и эквипотенциали 6 параллельны поверхности катода 1, траектории электронов 7 параллельны оси симметрии ячейки сетки. Отклонения электронных траекторий вблизи формирующей сетки и в области вытягивающей сетки разнонаправлены и компенсируют друг друга при определенных соотношениях размеров ячейки сетки d и Н и высоты выступающей над поверхностью катода части формирующей сетки h:

В результате выбора геометрических размеров элементов ячейки „сэндвич-сетки", удовлетворяющих соотношениям (1) и (2), в плоскости вытягивающей сетки электронные траектории имеют близкие к нулю углы наклона к оси симметрии ячейки сетки по всей ее площади, что позволяет исключить оседание тока на перемычки вытягивающей сетки, сформировать за вытягивающей сеткой ламинарный электронный поток и обеспечить оптимальное согласование электронного потока с магнитным полем в переходной области и его транспортировку через пространство взаимодействия прибора до коллектора с высоким коэффициентом токопрохождения.

Катодно-сеточный узел с углеродным автоэмиссионным катодом работает следующим образом.

На вытягивающую сетку подается положительное относительно катода напряжение, которое обеспечивает на вершинах микроострий внутри каждой ячейки КСУ необходимое для автоэлектронной эмиссии значение напряженности электрического поля Ε≥3×107 в/см. С увеличением напряжения на вытягивающей сетке возрастает напряженность поля на вершинах микроострий автоэмиссионного катода. Одновременно возрастает дефокусирующее действие электростатической линзы в плоскости вытягивающей сетки. Формирующая сетка находится под потенциалом катода. В кольцевой области каждой ячейки сетки, примыкающей к перемычкам формирующей сетки, выступающая часть формирующей сетки искривляет эквипотенциали электростатического поля, вследствие чего траектории электронов отклоняются к центру ячейки сетки. В плоскости вытягивающей сетки электронные траектории, которые в области формирующей сетки были отклонены к центру ячейки сетки, отклоняются от ее центра. Отклоняющие действия электростатических линз в плоскостях формирующей и вытягивающей сеток разнонаправлены и при выполнении соотношений (1) и (2) нейтрализуют друг друга. Траектории электронов, исходящие из центра ячейки сетки, не отклоняются от оси симметрии ячейки сетки. Для каждого значения напряжения на вытягивающей сетке (напряжения на вытягивающей сетке выбираются индивидуально для каждого прибора) абсолютные значения размеров h, d и H рассчитываются индивидуально и должны удовлетворять соотношениям (1) и (2). В результате, траектории электронов на выходе из „сэндвич-сетки" параллельны осям симметрии ее ячеек, а электронный поток ламинарен и фокусируется магнитным полем с минимальным значением амплитуды его индукции.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. H.J. Kim, W.B. Seo, J.J. Choi, J-h. Han and J-B Yoo. Beam Emission Test jn Carbon Nanjtube Cathode jf a Gridded Gun. IVEC-2006. P. 479-480. Monterey.

2. Бушуев Η.Α., Шестеркин В.И., Бурцев Α.Α., Григорьев Ю.А., Кудряшов В.П., Шалаев П.Д. Матричные автоэмиссионные катоды из стеклоуглерода: современное состояние и перспективы использования в СВЧ-приборах // Электронная техника. Сер.1. СВЧ-техника. Вып. 4 (519). 2013. С. 175-183.

3. Darmaev A.N., Komarov D.A., Morev S.P., Shesterkin V.I., and Shalaev P.D. Experimental Investigations and Numerical Simulation of the Electron Flow Shaped bu Grigor, - Shesterkin matrix Carbon Field-Emission Cells // Journal of Communications Technology and Electronics. 2014. V. 59. №8. P. 820-826.

4. Бушуев H.A., Шестеркин В.И., Бурцев A.A., Григорьев Ю.А., Кудряшов В.П., Шалаев П.Д. Матричные автоэмиссионные катоды из стеклоуглерода: современное состояние и перспективы использования в СВЧ-приборах // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. Вып. 4 (519). 2013. С. 175-183.

Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом из монолитного углеродного материала, включающий матрицу микроострий на его рабочей поверхности, формирующую и вытягивающую сетки, разделенные слоем диэлектрика и образующие ячейки “сэндвич-сетки” над матрицей микроострий, при этом формирующая сетка частично погружена в тело катода, причем высота h выступающей части формирующей сетки над поверхностью микроострий связана с диаметром отверстий d ячеек ”сэндвич-сетки”, а диаметр d связан с полной высотой ”сэндвич-сетки” Н, включающей высоту выступающей части h формирующей сетки, высоту диэлектрика и вытягивающей сетки, соотношениями h<d/5, d≈2×H.



 

Похожие патенты:

Изобретение предназначено для осветительной техники и медицины. Преобразующий длину волны материал включает соединение формулы (Y1-w-x-y-zScwLaxGdyLuz)2-a(SO4)3:Mea, где Me - трехвалентный катион или смесь трехвалентных катионов, способных испускать УФ-C излучение, например, Pr3+, Nd3+ и Bi3+; каждый из w, x, y и z находится в диапазоне от 0,0 до 1,0; w+x+y+z≤1,0; 0,0005≤a≤0,2.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при изготовлении газоразрядных приборов, в частности холодных катодов моноблочных газовых лазеров.

Изобретение относится к области электронной техники. Способ изготовления эмиссионно-активного сплава катода для электровакуумных приборов СВЧ включает приготовление исходных компонентов сплава заданного соотношения на основе, по меньшей мере, двух компонентов, при этом одного из них - тугоплавкого металла, другого - щелочноземельного металла, соединение исходных компонентов сплава катода в инертной газовой среде посредством высокотемпературного плавления и последующей кристаллизации с обеспечением формирования заготовки сплава катода, при этом, по меньшей мере, двукратного повторения упомянутой технологической операции, обработку заготовки сплава катода с обеспечением ее заданного размера и формы.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электровакуумных приборах, в частности в магнетронах непрерывного или импульсного действия, работающих в широком диапазоне длин волн.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к изготовлению углеродных многоострийных автоэмиссионных катодов, используемых в электровакуумных приборах с микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к структурам для автоэмиттеров. Изобретение обеспечивает значительное увеличение рабочих токов автокатода, повышение стойкости устройств к деградации и увеличение их рабочего ресурса.

Изобретение относится к фотокатодным узлам вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно-стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,19-0,45 мкм.

Изобретение относится к области получения углеродных наноструктур, а именно слоев углеродных нанотрубок на металлических подложках, применяемых в качестве холодных катодов (автоэлектронных источников эмиссии).

Фотокатод // 2569917
Использование конструкции согласно изобретению - это фотокатодные узлы вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно-стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,19-1,0 мкм.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных катодов для ионно-плазменного синтеза многокомпонентных наноструктурных нитридных покрытий.

Фотоумножитель может быть использован для регистрации слабых световых сигналов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, в других различных технических приложениях, в том числе и для наблюдения крайне слабых световых сигналов. Конструкция фотоумножителя состоит из цилиндрического стеклянного корпуса, на внутренней поверхности которого сформован фотокатод. Реально диаметр корпуса может превышать 100 мм. Вдоль фотокатода напылен распределенный делитель напряжения в виде полоскового резистора. Динодная система располагается в конце стеклянного корпуса и состоит из 12 динодов типа жалюзи и одного плоского динода. Перед каждым динодом установлена сетка, привариваемая к нему точечной сваркой. Фотоумножитель работает следующим образом. При засветке фотокатода, выбитые из него фотоэлектроны ускоряются в направлении динодной системы жалюзийного типа обеспечивающей необходимый коэффициент усиления. Вторичные электроны, выбитые из последнего, плоского динода, собираются на сеточном диноде. На фиг. 4 показан прототип счетчика портального детектора со встроенным в объем сцинтиллятора одним из действующих прототипов предлагаемого фотоумножителя. Технический результат - повышение чувствительности фотоумножителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии углеродных структур. Синтез материала эмиттера автоэмиссионного катода осуществляют в плазме микроволнового газового разряда из паров углеродосодержащих веществ, например этанола. Образующийся композиционный материал представляет собой графитовую матрицу с включениями наноалмазных кристаллитов. Автоэмиссионный катод изготавливают в виде слоистой структуры с периодически встроенными наноалмазографитовыми пленочными структурами на тонких теплопроводящих диэлектрических подложках, а автоэмиссионный токоотбор осуществляют с торца слоистого автокатода. Изготовление автоэмиссионного катода осуществляется по технологии, совместимой с технологией производства кремниевых интегральных схем. Технический результат - повышение механической и электрической прочности, плотности автоэмиссионных токов и деградационной стойкости при работе с повышенными напряжениями.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способу изготовления катодно-сеточных узлов (КСУ) с холодными катодами из углеродного материала для вакуумных электронных приборов. Технический результат - повышение равномерности автоэлектронной эмиссии в ячейках КСУ по всей поверхности катода и обеспечение надежного крепления „сэндвич-сетки" и катода. Способ изготовления катодно-сеточного узла с углеродным автоэмиссионным катодом включает формирование на рабочей поверхности катода матрицы микроострий, изготовление „сэндвич-сетки" со сквозными отверстиями, состоящей из формирующей и вытягивающей сеток, разделенных слоем диэлектрика, и закрепление „сэндвич-сетки" на поверхности катода. В качестве материала перемычек формирующей сетки использован металл переходной группы, что позволило осуществить соединение катода и „сэндвич-сетки" частичным погружением перемычек формирующей сетки в тело катода методом термохимического травления. Тем самым обеспечивается одинаковое расстояние от вершин микроострий до вытягивающей сетки во всех ячейках КСУ и, как следствие, равномерность автоэлектронной эмиссии в ячейках КСУ по всей поверхности катода. 2 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления холодных катодов гелий-неоновых лазеров и может быть использовано в газоразрядной технике и микроэлектронике. Способ включает в себя нагрев заготовок катода из алюминия в вакууме не ниже 10-5 мм рт.ст. и последующее термическое окисление ее поверхности, отличающийся тем, что заготовку катода из химически чистого алюминия нагревают в кислороде со скоростью 200°C/час до температуры, равной 300-350°C, выдерживают при данной температуре в течение 1,5 часа и затем охлаждают до комнатной температуры с той же скоростью. Указанный режим термического окисления обеспечивает получение приемлемой толщины окисного покрытия при минимально возможном количестве сквозных пор. Повышение срока службы холодного катода гелий-неонового лазера является техническим результатом изобретения. 1 ил.

Изобретение относится к приборам вакуумной и твердотельной электроники, в частности к автоэмиссионным элементам на основе углеродных нанотрубок (УНТ), используемых в качестве катодов: к диодам, к триодам и к устройствам на их основе. Технический результат - повышение тока автоэмиссии и временной стабильности этой величины, уменьшение рабочих напряжений в приборах вакуумной микроэлектроники на основе углеродных нанотрубок и продление их срока службы. Автоэмиссионный элемент с катодами на основе углеродных нанотрубок включает полупроводниковую подложку, на поверхности которой сформирован изолирующий слой, катодный узел, расположенный над изолирующим слоем, состоящий из токоведущего и контактного слоев и углеродных нанотрубок (УНТ), расположенных на поверхности контактного слоя, опорно-фокусирующую систему, состоящую из первого диэлектрического, затворного электропроводящего и второго диэлектрического слоев, расположенную на верхней поверхности катодного узла и содержащую сквозную полость, анодный токоведущий слой, расположенный на внешней поверхности второго диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, в котором сформированы сквозные технологические отверстия. Углеродные нанотрубки расположены параллельно поверхности полупроводниковой подложки, на поверхность углеродных нанотрубок нанесен слой оксида гафния, снижающий работу выхода электронов с поверхности УНТ и защищающий поверхность эмитирующих УНТ от воздействия внешних факторов, снижения величины контактного сопротивления нанотрубка-подложка при отжиге сформированной структуры автоэмиссионного элемента. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх