DE3924745A1 - Feldemissionsdiode - Google Patents
FeldemissionsdiodeInfo
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- H01J21/02—Tubes with a single discharge path
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- H01J1/304—Field-emissive cathodes
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Emissionsdiode.
Für die Beschleunigung von Geschossen durch elektromagneti
sche Kräfte werden oft elektrische Schaltkreise benötigt, in
denen ein Widerstandskontakt mit einem Wert von praktisch
Null hergestellt werden muß, der dazu bestimmt ist, den
Durchgang von Strömen mit einer Stärke von mehr als 100 kA zu
ermöglichen. Außerdem muß der Kontakt hergestellt werden,
wenn der Spannungsunterschied zwischen den beiden in Betracht
kommenden Elektroden sehr gering ist: einige hundert Volt.
Das Modell eines Schaltkreises für die elektromagnetische Be
schleunigung auf Schienen und für die Entladung von Kondensa
toren ist in der beigefügten Fig. 1 enthalten.
Eine Kondensatorenbank 1 wird anfänglich auf eine Spannung
V₀ (z.B. V₀=10 kV) aufgeladen (8, 7). Nach dem Aufladen
wird zum Zeitpunkt t : 0 der Schalter 5 geschlossen (6 ist
geöffnet). Der Strom I fließt dann in der Spule 2, in den
Schienen 3 a, 3 b, und in dem Gleitkontakt 4 a, der sich am Heck
des Geschosses 4 befindet. Die Stromstärke nimmt zu, erreicht
ein Maximum Im und nimmt dann wieder ab, wie aus Fig. 2 er
sichtlich ist: es handelt sich um eine klassische, gedämpfte,
schwingende Entladung 10. Ein solcher zeitabhängiger Strom
verlauf wird jedoch nicht gewünscht. Da die auf das Geschoß 4
einwirkende Kraft F nämlich durch die Beziehung F 7=
1/2L′ rI 2 wiedergegeben wird (wobei L′ r die Selbstinduk
tivität pro Längeneinheit der Schiene angibt), treten außer
ordentlich nachteilige Beschleunigungsschwankungen auf, die
das Geschoß 4 beschädigen können. Außerdem wird am Ausgang
der Schiene keine Höchstgeschwindigkeit erreicht werden. Die
besten Betriebsbedingungen würden erzielt werden, wenn die
Stromstärke ihren Wert Im während der gesamten Beschleuni
gungsphase beibehalten könnte; dies ist leider nicht möglich.
Eine Lösung, mit der diese ideale Bedingung annähernd er
reicht werden kann, besteht darin, den Schalter 6 zum Zeit
punkt t 1 zu schließen. Dies führt dazu, daß die gesamte
elektrische Energie, die ursprünglich in dem Kondensator 1
mit der Kapazität C (W=1/2 C V₀²) gespeichert war, sich
zum Zeitpunkt t 1 in der Drosselspule 2 (W=1/2 L I 2) be
findet. Die Energie im Kondensator 1 ist dann gleich Null,
denn der Spannungsunterschied ddp an den Klemmen dieses Kon
densators ist gleich Null, wie aus der Fig. 2b ersichtlich
ist.
Der Strom hat dann einen zeitabhängigen Verlauf wie mit der
Kurve 11 in Fig. 2a dargestellt. Außerdem ist es infolge des
Schließens des Schalters 6 zum Zeitpunkt t 1 möglich, den
Spannungsunterschied ddp an den Klemmen des Kondensators in
der Nähe von Null zu halten, woraus sich der große Vorteil
ergibt, weniger raumaufwendige und weniger kostspielige Kon
densatoren verwenden zu können, weil diese keiner Sperrspan
nung ausgesetzt sind.
Die an den Schalter 6 gestellten Anforderungen ergeben sich
aus der obigen Beschreibung:
- - Öffnung (unendlicher Widerstand) während des Anstiegs der Stromstärke, Betrieb bei geschlossenem Schalter zum rich tigen Zeitpunkt, d.h. idealerweise zum Zeitpunkt t 1 (die ser Betrieb kann gesteuert werden, aber ein automatischer Betriebsablauf ist vorzuziehen).
- - Wie bei jedem in Betracht kommenden Schalter, ist ein Be trieb nur moglich, wenn der Spannungsunterschied ddp zwi schen den Elektroden gleich Null ist; eine sehr schwache Sperrspannung muß zugelassen werden (unterhalb der für den Kondensator erträglichen Sperrspannung, d.h. ca. 0,1 V₀), ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit ist erforderlich;
- - seine Widerstandsfähigkeit muß so hoch sein, daß er von mehreren hundert kA und sogar von einigen MA durchflossen werden kann;
- - er muß eine große Anzahl von Entladungen aushalten können, ohne daß er ausgewechselt werden muß.
Es sind bereits im Handel verfügbare Schalter bekannt, wie
z.B. die Ignitrons, die durch eine gesteuerte Gasentladung
betrieben werden, oder die Halbleiterdioden.
Im allgemeinen sind diese Schalter störanfällig, in der ma
ximalen Stromaufnahme begrenzt, - in diesem Falle müssen meh
rere Schalter parallel geschaltet werden -, oder in der an
wendbaren Klemmenspannung begrenzt, wobei in diesem Falle
mehrere Schalter in Reihe geschaltet werden müssen. Solche
Schaltvorgänge sind immer schwierig und erhöhen die Störan
fälligkeit der Gesamtanordnung.
Feldemissionsdioden oder Dioden mit kalter Emission sind be
reits bekannt. Das Prinzip der Feldemission ist seit zahlrei
chen Jahren bekannt.
Die als Anlage beigefügte Fig. 3 zeigt eine Realisierungsart
einer Feldemissionsdiode 6, bestehend aus einer Kathoden
spitze 15, die in ein leitendes Halterungsteil 26 eingefügt
ist, und aus einer Anode 18, die eine ebene Anodenoberfläche
18 a aufweist. Kathode und Anode sind in einem Vakuumgehäuse
14 enthalten.
Das Halterungsteil 26 mit der Kathode und die Anode 18 weisen
alle beide die Verlängerungen 26 b und 18 b auf, mit deren Hil
fe die elektrische Verbindung zwischen der Diode und einer
außerhalb befindlichen Schaltkreisanordnung hergestellt wer
den kann.
Wird an die Kathodenspitze ein starkes elektrisches Feld an
gelegt (<106 V/m), so emmitiert diese Elektronen, ohne daß
es notwendig ist, die Kathodenspitze aufzuheizen. Unter Be
zugnahme auf die Fig. 4 werden solche Werte des Feldes E er
reicht, indem ein hohes Potential v, angelegt an die Anode,
zusammenfällt mit einer großen Feinheit (und demzufolge klei
nem Krümmungsradius R) der Spitze. Mit Werten von R in der
Größenordnung von 10 µm wird somit die Feldemission, und dem
zufolge die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden, mit Werten
von V von mehreren Kilovolt gewährleistet.
Wird dagegen an die Anode ein negatives Potential angelegt,
ist die Diode nicht mehr leitend.
Eine derartige Feldemissionsdiode wäre demnach für den nach
stehend beschriebenen Anwendungszweck gut geeignet, denn sie
kann von Strömen von sehr hoher Intensität durchlaufen wer
den. Leider erfolgt die Stromleitung in die Richtung, die als
"Durchlaßrichtung" (V positiv) bezeichnet wird, nur bei hohen
Werten von V (einige Kilovolt); dies ist auch der Fall, wenn
sehr feine emittierende Spitzen (R=ca. 4 bis 5 µm) aus Wol
fram oder aus Kohlenstoff verwendet werden.
Die technische Fertigung dieser Spitzen ist relativ kompli
ziert und Krümmungsradien, die weniger als einige Mikrometer
aufweisen, konnten unseres Wissens nicht realisiert werden.
Aber selbst wenn feinere Spitzen gefertigt werden könnten,
würde ihre mechanische Zerbrechlichkeit zu Problemen führen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, diese Schwierigkeiten zu
beseitigen, indem eine Feldemissionsdiode hergestellt wird,
bestehend aus einem Vakuumgehäuse, aus Anodenelementen, die
in dem besagten Gehäuse untergebracht und aus einem ersten
leitenden Material gefertigt sind und sehr glatte Anodenober
flächen aufweisen, aus Anschlußteilen für die Anode, die von
dem vorgenannten Gehäuse nach außen führen, aus Kathoden
elementen, die in dem besagten Gehäuse untergebracht sind und
folgende Teile umfassen:
- - Emittierende Teile für die Abstrahlung der Elektronen zu den besagten Anodenelementen hin, die genau gegenüber den besagten Anodenelementen angeordnet sind und gegenüber den letzteren einen im voraus festgelegten Abstand aufweisen;
- - Bauteile für die Halterung besagter emittierender Teile, bestehend aus Anschlußelementen für die Kathode, gefertigt aus einem zweiten leitenden Material und von dem besagten Gehäuse nach außen führend.
Entsprechend der Erfindung umfassen die besagten emittieren
den Teile emittierende Oberflächen, die durch Ränder von dün
nen Schichten, bestehend aus einem dritten leitenden Mate
rial, gebildet werden und auf isolierenden Bauteilen aus di
elektrischem Werkstoff von vorgegebener Dicke aufgebracht
sind, die an den vorgenannten Halterungselementen befestigt
sind, wobei die besagten dünnen Schichten von vorgegebener
Dicke in elektrischem Kontakt stehen mit den besagten Halte
rungselementen, und wobei die oben genannten emittierenden
Oberflächen genau parallel zu den besagten Anodenoberflächen
verlaufen.
Man erhält somit emittierende Oberflächen von sehr geringer
Dicke zwischen 0,1 µm und 1 µm, die demzufolge einen sehr
kleinen Krümmungsradius aufweisen, wodurch es möglich ist,
den Schwellenwert des Leitungspotentials auf einige hundert
Volt zu senken, im Gegensatz zu den Feldemissionsdioden frü
herer Fertigungsart, bei denen die Stromwendespannungen meh
rere Kilovolt erreichen können.
Bei einer vorteilhaften Realisierungsart der Erfindung haben
die vorgenannten isolierenden Teile eine ausgesprochen paral
lelflache Form und sind parallel zueinander angeordnet, und
die emittierenden Oberflächen befinden sich alle im gleichen
Abstand von den besagten Anodenoberflächen, wobei die vorge
nannten dünnen Schichten Ebenen bilden, die parallel zueinan
der und rechtwinklig zu den besagten Anodenoberflächen ver
laufen. Diese Anordnung gestattet es, die emittierenden Ober
flächen zu vergrößern und demzufolge den von der Kathode
emittierten Elektronenfluß zu erhöhen. Ein gleicher Abstand
zwischen den verschiedenen emittierenden Oberflächen und der
Anode gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Elektro
nenemission und begrenzt die Beschädigung der emittierenden
Oberflächen.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung sind aus
der nachfolgenden Aufstellung zu ersehen. Zu den anliegenden
Zeichnungen, die als nicht erschöpfende Beispiele anzusehen
sind:
- - die Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schema eines Stromversor gungssystems für einen elektromagnetischen Schienenbe schleuniger;
- - die Fig. 2a zeigt den zeitabhängigen Stromverlauf in dem Gleitkontakt unter zwei besonderen Bedingungen: gedämpftes Schwingungsverhalten und Schaltversuch;
- - die Fig. 2b zeigt den zeitabhängigen Verlauf der Spannung an den Klemmen des Kondensators des Stromversorgungssystems unter den gleichen Bedingungen wie in der vorhergehenden Figur;
- - die Fig. 3 zeigt die vereinfachte Struktur einer Feldemis sionsdiode mit emitterender Spitze;
- - die Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Endes der in Fig. 3 dargestellten emittierenden Spitze;
- - die Fig. 5 zeigt die Struktur einer erfindungsgemäßen Feldemissionsdiode mit emittierender Schneide;
- - die Fig. 6A zeigt die Struktur einer Feldemissionsdiode mit mehreren Lamellen mit emittierender Schneide;
- - die Fig. 6B zeigt die ausführliche Struktur der Kathode;
- - die Fig. 7 zeigt eine weitere vorteilhafte röhrenförmige Feldemissionsdiodenstruktur mit zentraler Kathodenelektro de;
- - die Fig. 8 zeigt das Arbeitsprinzip einer röhrenförmigen Feldemissionsdiode, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist;
- - die Fig. 9a veranschaulicht einen Versuchsschaltkreis ho her Leistung einer erfindungsgemäßen Feldemissionsdiode mit emittierender Schneide;
- - die Fig. 9b ist eine Seitenansicht der Elektroden der Feldemissionsdiode mit emittierender Schneide, die mit dem Versuchsschaltkreis der Fig. 9a getestet wurde;
- - die Fig. 9c ist eine Vorderansicht der in der Fig. 9b dargestellten Elektroden;
- - die Fig. 10a ist eine experimentelle Aufzeichnung des zeitabhängigen Verlaufes des Stromes und der Spannung in der in den Fig. 9b und 9c dargestellten Feldemissions diode mit emitterender Schneide bei einem ersten Schalt versuch;
- - die Fig. 10b ist eine experimentelle Aufzeichnung des zeitabhängigen Verlaufes des Stromes und der Spannung in der gleichen Diode anläßlich des zwanzigsten Schaltvor ganges;
- - die Fig. 10c ist eine vergrößerte Ansicht der experimen tellen Aufzeichnung der Spannung, dargestellt in der Fig. 10b.
Die erfindungsgemäße Diode mit emittierender Schneide hat
eine Kathode 25, deren Struktur in der Fig. 5 dargestellt
ist.
Eine Metallschicht 21 ist auf eine sehr dünne dielektrische
Halterung 27 aufgetragen, im Prinzip mit einer Dicke E 2 von
weniger als einem Millimeter, bestehend aus Mylar (Äthylen
glykolpolyterephtalat), Glas oder Keramik. Dieser Metallüber
zug kann mit Hilfe von bekannten Verfahren erhalten werden,
wie zum Beispiel durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Katho
denzerstäubung, und seine Dicke E 1 liegt im allgemeinen zwi
schen 0,1 µm und 1 µm. Der Rand 20 der dünnen Schicht 21, der
sich gegenüber der Anodenoberfläche 18 a befindet, ist die
emittierende Oberfläche der erfindungsgemäßen Diode. Der Ab
stand D zwischen den Elektroden liegt vorzugsweise zwischen
0,2 mm und 1 mm. Mehrere gleichartige Strukturen können vor
teilhafterweise übereinanderliegend angeordnet werden, wie in
Fig. 6a angeregt ist. Jede emittierende Struktur 35 umfaßt
ein isolierendes Element 37, auf das eine isolierende Metall
schicht 30 aufgetragen wird. Diese dünne Schicht kann aus
Aluminium, Silber, Wolfram oder Kohlenstoff bestehen. Ein
Halterungsteil 36, bestehend aus einem leitenden Werkstoff,
z.B. aus Aluminium, nimmt sämtliche emittierenden Strukturen
35 auf und verfügt über eine Verlängerung 36 b, die dazu
dient, die Kathode mit außerhalb befindlichen Anordnungen zu
verbinden. Ebenso verfügt die Anode 18 über eine Verlänge
rung 18 b, um die elektrische Verbindung von der erfindungsge
mäßen Diode nach außen zu gewährleisten, und weist im allge
meinen eine zylindrische Form auf.
Bei einer besonderen Realisierungsart der Kathode werden un
ter Bezugnahme auf die Fig. 6b durch Distanzstücke 38 aus
feuerfestem Metall die verschiedenen emittierenden Strukturen
35 voneinander getrennt. Diese Distanzstücke, von parallel
flacher Form, gewährleisten die Halterung der emittierenden
Strukturen 35, die sehr dünn und demzufolge sehr anfällig
sind (ihre Dicke liegt unter einem Millimeter). Ihre feuer
feste Beschaffenheit ermöglicht eine bessere Konzentrierung
der Elektronenemission aus den emittierenden Oberflächen 30.
Ein sehr guter elektrischer Kontakt zwischen diesen emittie
renden Oberflächen und dem Halterungsteil 36 muß gewährlei
stet sein.
Die Distanzstücke 38 und das Halterungsteil 36 müssen sehr
ebene Kontaktflächen 38 a aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Realisierungsart der Er
findung, kann die emittierende Struktur unter Bezugnahme auf
die Fig. 7 röhrenförmig gestaltet sein.
Eine isolierende Röhre 47 umgibt ein Kathodenhalterungsteil
46 von zylindrischer Form. Die sehr flache Oberfläche 46 a des
Halterungsteils 46 ist gegenüber der kreisrunden emittieren
den Oberfläche 40 zurückversetzt angeordnet, die aus dem Rand
einer dünnen Schicht 41 gebildet wird, die auf die Randfläche
der isolierenden Röhre 47 aufgetragen wurde. Der Durchmesser
dieser Röhre wurde so gewählt, daß er kleiner als der Durch
messer der Anode 18 ist.
Diese Kathodenkonfiguration hat eine vorteilhafte technische
Wirkung. Bei einer Schaltung der erfindungsgemäßen Feldemis
sionsdiode 66 setzt nämlich die Elektronenemission 50 unter
Bezugnahme auf die Fig. 8 an der kreisrunden emittierenden
Oberfläche 40 ein. Es erfolgt dann eine Oberflächenzerstäu
bung der Anode 18 durch das Auftreffen der Elektronen und es
bildet sich ein Plasma 51 in dem Raum zwischen den Elektro
den. Bei der Zunahme des Stromes und während der Ausdehnung
des Plasmas werden Stromlinien auf die Achse der Oberfläche
46 a konzentriert, was eine Verdampfung der dünnen emittieren
den Schicht 41 verhindert, die als Zündsystem fungiert und
dabei gleichzeitig das Durchlaufen von Strömen hoher Intensi
tät, die von der zentralen Kathodenoberfläche 46 a herkommen,
gewährleistet.
Es besteht natürlich die Möglichkeit, mehrere konzentrische
röhrenförmige Schichten auf ein- und denselben Kathodenhalte
rungsteil anzubringen.
Es wird jetzt die Erprobung eines Prototyps der erfindungsge
mäßen Feldemissionsdiode beschrieben.
Die nachstehend beschriebene Erprobung erfolgte unter Bedin
gungen, die für einen Einsatz der Diode in einem Stromversor
gungsschaltkreis eines elektromagnetischen Schienenbeschleu
nigers repräsentativ sind.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 9a besteht der Testschalt
kreis aus einem Energiespeicherungskondensator 80 mit einer
Kapazität von 62,5 µF, aus einem Widerstand 81 zur Begrenzung
des Maximalstromes mit einem Widerstandswert von 0,1, und
aus einer Spule 82 von 15 µH.
Diese drei Komponenten: Kondensator 80, Widerstand 81 und
Spule 82, sind in Serie geschaltet über einen angesteuerten
Schalter 83 vom Typ Funkenstrecke.
Eine erfindungsgemäße Feldemissionsdiode 6 ist an den Klemmen
der Spule 82 angeordnet, wobei ihre Anode mit einer der Klem
men des Widerstandes 81 in Verbindung steht und ihre Kathode
geerdet ist. Die anfängliche Aufladung des Speicherkondensa
tors 80 erfolgt durch eine Hochspannungsquelle V₀, z.B. mit
einer Spannung von 10 kV, über einen Widerstand 85 mit einem
Widerstandswert von 1 M. Eine Spannungssonde 84 ist in Höhe
der Anode der Diode 6 angebracht. Eine nicht dargestellte
Stromsonde ist vorgesehen. Die in diesem Schaltkreis geteste
te Feldemissionsdiode 6 weist eine einzigartige parallelfla
che emittierende Struktur auf, wie aus den Fig. 9b und 9c
ersichtlich ist. Die Anode 98, gefertigt aus gesintertem Wol
fram, hat eine zylindrische Form mit einem Außendurchmesser
D 1=20 mm, ihre Anodenfläche 98 a hat einen Durchmesser D 2
von 12 mm.
Das Kathodenhalterungsteil 96 hat eine ausgesprochen paral
lelflache Form und ist aus Aluminium gefertigt. Es nimmt eine
emittierende Struktur 91 auf mit einer Breite A 4 von 8 mm und
mit einer Dicke von 10 µm. Diese emittierende Struktur be
steht aus einer Mylarfolie (Äthylenglykolpolyterephtalat),
auf die vorher eine dünne Metallschicht aus Aluminium von
0,5 µm Dicke aufgetragen wurde.
Das Halterungsteil 96 weist eine der Anodenoberfläche 98 a ge
genüber liegende Fläche mit quadratischem Querschnitt und
einer Seitenlänge von 12 mm A 3, A 5, auf, auf der die vorste
hend beschriebene emittierende Lamelle 95 angeordnet ist. Die
Außenabmessungen A 6 dieser Fläche, in senkrechter Richtung zu
der Hauptrichtung der emittierenden Lamelle 95 verlaufend,
betragen 15 mm. Der Abstand D zwischen den Elektroden beträgt
0,5 mm.
Eine Erprobung der Feldemissionsdiode 6 läuft charakteristi
scherweise wie folgt ab:
- a) Der Speicherkondensator wird zunächst mittels einer äuße ren Hochspannungsquelle V₀ über den Ladewiderstand 85, den Widerstand 81 für die Begrenzung des Maximalstromes und die Spule 82 aufgeladen.
- b) Sobald die Spannung an den Klemmen des Kondensators 80 praktisch den Wert der Ladespannung V₀ erreicht hat, wird ein Hochspannungsimpuls V an die Steuerelektroden der Funkenstrecke 83 gelegt, wodurch die Schließung des ge dämpften Schwingkreises (Kondensator 80, Widerstand 81, Spule 82) bewirkt wird.
- c) Die Anoden-/Kathodenspannung an den Klemmen der Diode 6, ursprüngIich negativ und praktisch gleich der Ladespannung V₀, steigt in einem gewissermaßen sinusförmigen Verlauf an und erreicht einen positiven Schaltspannungswert v com in der Größenordnung von 500 V, der demnach gegenüber der Anfangsspannung V₀ (10 kV) sehr gering ist.
- d) Die Diode 6 wird jetzt stromdurchlässig; sie schließt so mit die Spule 82 kurz und bewirkt eine sozusagen exponent ielle Abnahme des Stromes in dieser Spule.
Der Verlauf der Stromstärke und der Spannung der Diode 6 ist
in den Fig. 10a und 10b dargestellt, die dem ersten Ver
such mit der emittierenden Lamelle beziehungsweise dem zwan
zigsten Versuch entsprechen.
Man stellt fest, daß die Kurven 102, 103 sehr stark den Kur
ven 100; 101, ähneln, die dem ersten Versuch entsprechen. Le
diglich eine leichte Zunahme der Schaltspannung kann viel
leicht beobachtet werden. Unter Bezugnahme auf die Fig. 10c
bleibt dagegen die Spannung im leitenden Zustand vernachläs
sigbar gegenüber der Sperrspannung und gegenüber der Schalt
spannung V com. Diese Werte der Schaltspannung und der Span
nung im leidenden Zustand müssen verglichen werden mit den
sehr hohen Werten, die mit emittierenden Strukturen führerer
Fertigungsart erhalten wurden. Als Beispiel sei angeführt,
daß eine ähnliche Erprobung, durchgeführt mit einer Kohlen
stoffaserkathode, zu einer Schaltspannung von ca. 2,7 kV
führte.
Auch die Verwendung von scharf geschliffenen metallischen Ka
thoden, vom Rasierklingentyp, führte zu einer Schaltspannung,
die bei der ersten Entladung 3 kV und bei der dritten Entla
dung bereits 7,5 kV erreichte, wobei die Spannung im leiten
den Zustand stets sehr niedrig blieb.
Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf
die soeben beschriebenen Beispiele, die zahlreiche Änderungen
erfahren können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung
zu überschreiten.
Die erfindungsgemäße Feldemissionsdiode kann somit in anderen
Schaltkreisen der Impulselektrotechnik verwendet werden, die
Hochleitungsschalter erfordern.
Claims (10)
1. Feldemissionsdiode, bestehend aus einem Vakuumgehäuse
(6), aus Anodenelementen (18), die in dem besagten Gehäuse
untergebracht und aus einem ersten leitenden Material gefer
tigt sind und sehr glatte Anodenoberflächen (18 a) aufweisen,
aus Anschlußteilen (18 b) für die Anode, die von dem vorge
nannten Gehäuse nach außen führen, aus Kathodenelementen (15,
25, 35, 45), die in dem besagten Gehäuse untergebracht sind
und folgende Teile umfassen:
- - emittierende Teile für die Abstrahlung der Elektronen zu den besagten Anodenelementen (18) hin, die genau gegenüber den besagten Anodenelementen angeordnet sind und gegenüber den letzteren einen im voraus festgelegten Abstand (D) auf weisen,
- - Bauteile (26, 36, 46) für die Halterung besagter emittie render Teile, bestehend aus Anschlußelementen (26 b, 36 b, 46 b) für die Kathode, gefertigt aus einem zweiten leitenden Material und von dem besagten Gehäuse nach außen führend,
dadurch gekennzeichnet, daß die besagten
emittierenden Teile emittierende Oberflächen (20, 30, 40)
umfassen, die durch die Ränder von dünnen Schichten (21, 31,
41), bestehend aus einem dritten leitenden Material, gebildet
werden und auf isolierenden Bauteilen (27, 37, 47) aus di
elektrischem Werkstoff von vorgegebener Dicke (E 2) aufge
bracht sind, die an den vorgenannten Halterungselementen (26,
36, 46) befestigt sind, wobei die besagten dünnen Schichten
(21, 31, 41) von vorgegebener Dicke E 1 in elektrischem
Kontakt stehen mit den besagten Halterungselementen (26, 36,
46), und wobei die oben genannten emittierenden Oberflächen
(20, 30, 40) genau parallel zu den besagten Anodenoberflächen
(18 a) verlaufen.
2. Feldemissionsdiode gemäß Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vorgenannten isolierenden
Teile (37) eine ausgesprochen parallelflache Form aufweisen
und parallel zueinander angeordnet sind, und daß die besagten
emittierenden Oberflächen (30) sich alle im gleichen Abstand
(D) von den vorgenannten Anodenoberflächen (18 a) befinden,
wobei die besagten dünnen Schichten (31) Ebenen bilden, die
parallel zueinander und rechtwinklig zu den besagten Anoden
oberflächen (18 a) verlaufen.
3. Feldemissionsdiode gemäß Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vorgenannten Teile (36)
für die Halterung der besagten emittierenden Teile (30) au
ßerdem mit Distanzstücken (38) aus feuerfestem Material ver
sehen sind, die eine stark parallelflache Form aufweisen und
zwischen die besagten isolierenden Teile eingefügt werden,
und daß die Gesamtanordnung, bestehend aus den vorgenannten
Distanzstücken (38), den besagten isolierenden Teilen (37)
und den vorgenannten dünnen Schichten (31), eine Oberfläche
aufweist, die den besagten emittierenden Flächen (30) gegen
über liegt, eben ist (38 a) und in elektrischem Kontakt steht
mit den vorgenannten Anschlußteilen (36 b), den besagten iso
lierenden Teilen (37), und wobei die vorgenannten dünnen
Schichten (31), entsprechend einer senkrecht zu den besagten
emittierenden Oberflächen (30) verlaufenden Richtung, eine
Dicke aufweisen, die stärker als diejenige der besagten Di
stanzstücke (38) ist.
4. Feldemissionsdiode gemäß Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vorgenannten isolierenden
Teile (47) konzentrische Röhren sind, deren Achse senkrecht
zu den besagten Anodenflächen (18 a) verläuft und die einen
ausgesprochen parallelflachen Querschnitt aufweisen, wobei
die vorgenannten dünnen Schichten (41) auf die Außenflächen
der besagten konzentrischen Röhren aufgetragen sind.
5. Feldemissionsdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die besagten
Anodenteile (18) aus einer Vollscheibe bestehen, und daß die
vorgenannten Anodenanschlußteile (18 b) von dem besagten Ge
häuse (6) längs der Achse der Vollscheibe nach außen führen,
wobei die ausgesprochen ebene Anodenoberfläche (18 a) die
Scheibenfläche ist, die den Anodenanschlußteilen (18 b) gegen
über liegt.
6. Feldemissionsdiode gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die besagten isolierenden
Teile aus einer einzigen isolierenden Röhre (47) bestehen,
und daß die besagten Halterungsteile (46) in das Innere der
besagten isolierenden Röhre (47) führen und eine ausgespro
chen ebene scheibenförmige Kathodenfläche (46 a) aufweisen,
die der besagten Anodenfläche (18 a) gegenüber liegt und pa
rallel mit der letzteren verläuft, wobei die besagte Katho
denfläche (46 a) im Verhältnis zu der besagten emittierenden
Oberfläche (40) stark zurückversetzt und gegenüber der Ano
denfläche (18 a) angeordnet ist.
7. Feldemissionsdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der im voraus
festgelegte Abstand D, der die besagten emittierenden Teile
(20, 30, 40) von den vorgenannten Anodenflächen (18 a) trennt,
zwischen 0,2 mm und 1 mm liegt.
8. Feldemissionsdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die im voraus
festgelegte Dicke (E 1) der besagten dünnen Schichten (21, 31,
41) zwischen 0,1 µm und 0,5 µm liegt.
9. Feldemissionsdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die besagte, im
voraus festgelegte Dicke (E 2) der vorgenannten isolierenden
Teile (27, 37, 47) unter 1 mm liegt und vorzugsweise annä
hernd 10 µm beträgt.
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---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003071574A1 (fr) * | 2002-02-18 | 2003-08-28 | Ooo 'vysokie Tekhnologii' | Canon a electrons |
GB2425891A (en) * | 2004-02-13 | 2006-11-08 | Schlumberger Holdings | Microelectromechanical devices |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1327610A (zh) * | 1999-07-26 | 2001-12-19 | 先进图像技术公司 | 真空场效应器件及其制作工艺 |
WO2001008192A1 (en) * | 1999-07-26 | 2001-02-01 | Advanced Vision Technologies, Inc. | Insulated-gate electron field emission devices and their fabrication processes |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2261454A1 (de) * | 1971-12-22 | 1973-06-28 | Bendix Corp | Blattfoermige kathode, insbesondere fuer eine feldemissions-roentgenstrahlroehre |
US3746905A (en) * | 1971-12-21 | 1973-07-17 | Us Army | High vacuum, field effect electron tube |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU668488A1 (ru) * | 1977-05-16 | 1979-12-05 | Предприятие П/Я В-8315 | Импульсный холодный катод |
-
1988
- 1988-08-31 FR FR8811390A patent/FR2635913B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-07-26 DE DE19893924745 patent/DE3924745C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3746905A (en) * | 1971-12-21 | 1973-07-17 | Us Army | High vacuum, field effect electron tube |
DE2261454A1 (de) * | 1971-12-22 | 1973-06-28 | Bendix Corp | Blattfoermige kathode, insbesondere fuer eine feldemissions-roentgenstrahlroehre |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7336474B2 (en) | 1999-09-23 | 2008-02-26 | Schlumberger Technology Corporation | Microelectromechanical devices |
WO2003071574A1 (fr) * | 2002-02-18 | 2003-08-28 | Ooo 'vysokie Tekhnologii' | Canon a electrons |
GB2425891A (en) * | 2004-02-13 | 2006-11-08 | Schlumberger Holdings | Microelectromechanical devices |
GB2425891B (en) * | 2004-02-13 | 2007-09-05 | Schlumberger Holdings | Microelectromechanical devices |
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FR2635913A1 (fr) | 1990-03-02 |
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