Способ изготовления электродов электронных приборов



Способ изготовления электродов электронных приборов
Способ изготовления электродов электронных приборов

 


Владельцы патента RU 2599389:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Изобретение относится к технологии получения материалов, поверхность которых обладает стабильными электрофизическими свойствами, в частности электродов газоразрядных и электровакуумных приборов (холодных катодов газоразрядных лазеров, контакт-деталей герконов, электродов масс-спектрометров и др.). Способ изготовления электродов электронных приборов включает в себя облучение их поверхности потоком ионов инертного газа, получаемым из плазмы газового разряда, при этом объем прибора наполняется неоном до давления (1,5-5,0)·101 Па, к требуемому электроду подводится отрицательный потенциал и возбуждается аномальный тлеющий разряд между данным электродом и каким-либо другим конструкционным элементом прибора, при этом обработку поверхности электрода прекращают после стабилизации напряжения поддержания разряда. Технический результат - упрощение технологии обработки электродов. 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии получения материалов, поверхность которых обладает стабильными электрофизическими свойствами, в частности электродов газоразрядных и электровакуумных приборов (холодных катодов газоразрядных лазеров, контакт-деталей герконов, электродов масс-спектрометров и др.).

К важным проблемам, имеющим место при эксплуатации электронных приборов, относится изменение состояния поверхности их конструкционных элементов (электродов), участвующих в создании и поддержании электрического тока. Одна из наиболее распространенных причин наблюдаемого явления заключается в образовании на поверхности электродов полимерных углеводородных пленок. Формирование таких пленок происходит при облучении поверхности электродов потоками электронов или ионов, сопровождающих работу приборов, в случае наличия в их наполнении паров органических соединений (Christy R.W. J. Appl. Phys.,1960, vol. 31, №9, p. 1680; Филатов B.H., Сысоев A.A. Химия высоких энергий, 1981, т. 15, №5, с. 474). Органические соединения присутствуют в наполнении приборов вследствие их масляной откачки, химической обработки конструкционных элементов или нахождении в атмосфере.

Образование полимерных покрытий под действием электронной или ионной бомбардировки обусловлено диссоциацией молекул органических веществ, находящихся в конденсированном состоянии на поверхности электродов. При диссоциации многоатомных молекул происходит образование радикалов - осколков молекул. Они представляют собой валентно ненасыщенные частицы, проявляющие высокую химическую активность. Радикалы вступают в реакции взаимодействия друг с другом и с молекулами недиссоциированных веществ, стимулируя рост полимерных покрытий.

Полимерные углеводородные покрытия обладают электрическим сопротивлением порядка 1014 Ом·см и пробивным напряжением до 105 В/см. В результате в процессе эксплуатации приборов изменяются электрофизические параметры поверхности электродов. Из-за зарядки полимерных покрытий на них возникают нестационарные «блуждающие» потенциалы и изменяется исходное распределение электрического поля. Данные обстоятельства приводят к неконтролируемому изменению эксплуатационных характеристик приборов.

В связи с этим особое значение при изготовлении электронных приборов приобретает разработка технологических приемов, позволяющих исключить или минимизировать процессы образования полимерных углеводородных покрытий и их влияние на свойства поверхности электродов.

Известен способ удаления полимерных покрытий с поверхности электродов химическим травлением (Шеретов Э.П., Самодуров В.Ф., Евдокимова М.И. Способ удаления полимерных углеводородных пленок с поверхностей электродных систем анализаторов масс-спектрометров и электронно- и ионно-оптических систем. - АС СССР №1362352, 1985 г.).

Однако использование этого способа предполагает вскрытие приборов и демонтаж электродных систем. Данная процедура трудоемка, а в большинстве случаев просто неприемлема.

Известен способ удаления полимерных покрытий с поверхности электродов путем предварительного нанесения на нее легкоплавкого металла (например, индия) с последующим периодическим нагревом электродных систем приборов до температуры, превышающей его температуру плавления (Шеретов Э.П., Самодуров В.Ф., Овчинников С.П. Способ изготовления и обработки электродных систем анализаторов масс-спектрометров и электронно- и ионно-оптических систем. - АС СССР №1521163, 1988 г.).

В этом случае не требуется вскрытие приборов, а удаление полимерных покрытий обеспечивается за счет их разрушения силами поверхностного натяжения расплавленного металла.

Однако данный способ имеет ограниченное применение и не может использоваться, например, в газоразрядной технике. Кроме того, при нагреве приборов происходит активная диффузия индия внутрь электродов, что приводит к прогрессирующей потере эффективности используемого технологического приема.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является способ изготовления электродов электронных приборов, включающий облучение их поверхности потоком ионов инертного газа, получаемым из плазмы газового разряда (Плешивцев Н.В. Способ ионной обработки деталей машин и инструментов и устройство для его осуществления. - Патент РФ №2078847, опубл. 10.05.1997 г. - прототип).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что обрабатываемые материалы облучаются ионами аргона при давлении 0,7-4,7 Па в специальной газоразрядной камере.

В результате способ позволяет осуществлять обработку поверхности электродов только на стадии их изготовления на специальном оборудовании, оснащенном газоразрядной камерой, обеспечивающей возбуждение и поддержание высоковольтного разряда. Возбуждение данного типа разряда в электронных приборах произвольной конструкции не представляется возможным.

Задачей данного изобретения является упрощение технологии обработки электродов.

Данный технический результат достигается при осуществлении изобретения тем, что в известном способе изготовления электродов электронных приборов, включающем облучение их поверхности потоком ионов инертного газа, получаемым из плазмы газового разряда, объем прибора наполняется неоном до давления (1,5-5,0)·101 Па, к требуемому электроду подводится отрицательный потенциал и возбуждается аномальный тлеющий разряд между данным электродом и каким-либо другим металлическим конструкционным элементом прибора, при этом обработку поверхности электрода прекращают после стабилизации напряжения поддержания разряда.

Вышеизложенный технический результат достигается за счет использования в качестве инертного газа неона и выбора оптимального режима обработки поверхности электродов в аномальном тлеющем разряде. При этом происходит удаление с поверхности электродов углеводородных островковых образований, выполняющих функцию центров роста углеводородных полимерных покрытий. После полного удаления центров роста полимерные покрытия на поверхности электродов не образуются, несмотря на присутствие в наполнении приборов паров органических соединений.

Указанный эффект наблюдается только при использовании в качестве инертного газа неона. Попытки применять для обработки поверхности электродов ионы аргона, гелия и ксенона не обеспечивали достижение положительного эффекта. Данное обстоятельство, вероятно, связано с эффективным разрушением углеводородов при их облучении именно ионами неона.

При давлении неона, меньшем 1,5·101 Па, затруднительно возбуждение аномального высоковольтного тлеющего разряда в приборах произвольной конструкции. При давлении неона, большем 5,0·101 Па, значительно падает эффективность очистки поверхности электродов. В этом случае в потоке ионов, поступающих на поверхность электродов в разряде, падает доля «быстрых» ионов с энергией, превышающей пороговые значения, необходимые для разрушения углеводородов (десятки электрон-вольт).

Положительный эффект от использования изобретения обусловлен возможностью формирования поверхности электродов со стабильными электрофизическими свойствами непосредственно внутри разных типов электронных приборов, в объеме которых присутствуют пары органических соединений, без их разгерметизации и демонтажа.

Таким образом, сопоставительный анализ предложенного технического решения и уровня техники позволил установить, что заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» и «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Один из вариантов реализации предложенного способа изготовления электродов со стабильными электрофизическими свойствами выполнен на экспериментальных макетах диодной конструкции. Каждый макет представлял собой стеклянную колбу, внутри которой располагались алюминиевый цилиндрический 1 и штыревой молибденовый 2 электроды (фиг. 1). Первый выполнял роль катода, второй - анода газоразрядного промежутка. Макеты проходили стандартную термовакуумную обработку (использовались масляные средства откачки), включающую окисление поверхности катода, и наполнялись неоном. После этого между катодом и анодом возбуждалась требуемая разновидность тлеющего разряда в инертном газе.

На фиг. 2 приведены зависимости напряжения поддержания разряда (Uпр) от времени воздействия на электрод (катод) тлеющего разряда, снятые в различных условиях:

- кривая 1 получена непосредственно после изготовления макетов при давлении неона 4·102 Па и плотности тока на катоде 0,3 мА/см2;

- кривая 2 получена при давлении неона 4·101 Па;

- кривая 3 контролировалась после обработки поверхности катода предлагаемым способом при давлении неона 4·102 Па и плотности тока на катоде 0,3 мА/см2.

Способ реализуется следующим образом.

Изготовленные макеты проходили полный цикл термовакуумной обработки и наполнялись неоном до давления 4·102 Па. Затем при токе разряда, равном 0,3 мА/см2, контролировались зависимости Uпр от времени воздействия на поверхность катода (электрод прибора) разряда (кривая 1 на фиг. 2). Эти зависимости характеризуют исходное состояние катода. Монотонный рост Uпр вызван образованием на поверхности катода полимерных углеводородных образований.

При использованном давлении в потоке ионов неона, поступающих на поверхность катода, отсутствуют «быстрые» ионы, способные разрушать данное покрытие.

Макеты, прошедшие первичные тестовые испытания, откачивались до давления остаточных газов 6·10-3 Па и наполнялись неоном до давления 4·101 Па. Последующая обработка катодов в аномальном тлеющем разряде приводила к достаточно быстрому уменьшению Uпр, которое затем стабилизировалось на постоянном уровне (кривая 2 на фиг. 2). Ток разряда при этом был нестабилен и поддерживался в диапазоне 0,2-0,4 мА/см2.

Наблюдаемые закономерности свидетельствуют о достижении условий удаления с поверхности катодов полимерных образований. Данное обстоятельство связано с тем, что уменьшение давления неона до 4·101 Па приводит к обогащению потока ионов ускоренными составляющими, которые эффективно разрушают инородные включения на поверхности катода.

Далее макеты, прошедшие обработку предлагаемым способом, откачивались до давления остаточных газов 6·10-3 Па, наполнялись неоном до давления 4·102 Па и на них при токе разряда, равном 0,3 мА/см2, контролировались зависимости Uпр от времени воздействия на поверхность катода разряда (кривая 3 на фиг. 2).

Анализ полученных экспериментальных зависимостей показывает, что, во-первых, Uпр устанавливается на минимально возможном для данного типа катодов уровне, во-вторых, Uпр остается стабильным в пределах ±2 В в течение 1000 часов (далее эксперименты не проводились).

Таким образом, приведенный пример реализации предлагаемого способа демонстрирует его высокую эффективность, экспрессность и повторяемость.

Использование предлагаемого технического решения позволит получить экономический эффект за счет возможности получения электродов с долговременно стабильными свойствами поверхности непосредственно в изготовленных электронных приборах без их разгерметизации и демонтажа.

Способ изготовления электродов электронных приборов, включающий облучение их поверхности потоком ионов инертного газа, получаемым из плазмы газового разряда, отличающийся тем, что с целью упрощения технологии обработки объем прибора наполняется неоном до давления (1,5-5,0)·101 Па, к требуемому электроду подводится отрицательный потенциал и возбуждается аномальный тлеющий разряд между данным электродом и каким-либо другим конструкционным элементом прибора, при этом обработку поверхности электрода прекращают после стабилизации напряжения поддержания разряда.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Анод (30) формируют, используя углерод, такой как армированный углеродом углеродный композит или иную керамическую подложку (50).

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.

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 технологии изготовления эмиттеров электронов с пониженной работой выхода, может использоваться в диоде для выпрямителей переменного тока в постоянный при высоких температурах окружающей среды.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способам лазерной обработки материалов при изготовлении автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода, которые могут быть использованы в области приборостроения электронной техники, а именно в электровакуумных приборах с большой плотностью электронных потоков и микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к области электроники. Технологический прибор для обработки полого холодного катода в газовом разряде, содержащий полый холодный катод, анод, расположенный коаксиально внутри катода и равноудаленный от его поверхности, стеклянную вакуумно-плотную оболочку, в котором анод выполнен составным, рабочая часть анода, контактирующая с газовым разрядом, соединена с его внешней частью, электрически контактирующей с внешним источником напряжения или тока, посредством разъемного соединения, выполнена из того же материала, что и рабочая поверхность катода, обработана с не меньшим классом чистоты, чем у катода, со стороны входа в катод частично экранирована диэлектриком, расположенным коаксиально снаружи анода.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно, к способу получения трехмерно-структурированной полупроводниковой подложки для автоэмиссионного катода, и может быть использовано в различных электронных приборах: СВЧ, рентгеновских трубках, источниках света, компенсаторах заряда ионных пучков и т.п.

Способ изготовления МДМ-катода предназначен для повышения плотности тока эмиссии и однородности ее распределения по поверхности. На подложку последовательно осаждается металлический нижний электрод на основе пленки молибдена, затем два слоя резистов, в которых формируется рисунок с помощью электронно-лучевой литографии, затем напыляется сплошная пленка молибдена.

Изобретение относится к устройствам вакуумной электроники, в частности к источникам для получения электронного потока - автоэмиттерам (холодным эмиттерам) электронов, материалам и способам их изготовления.

Изобретение относится к технологии изготовления электронных приборов, в частности к технологии изготовления углеродных многоострийных автоэмиссионных катодов, используемых в вакуумных электронных приборах с эффективными холодными источниками электронов.
Наверх