DE3924745C2 - Feldemissionsdiode - Google Patents
FeldemissionsdiodeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Emissionsdiode gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die Beschleunigung von Geschossen durch elektromagnetische
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 Beschleunigung
auf Schienen und für die Entladung von Kondensatoren
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 3a, 3b, und in dem Gleitkontakt 4a, 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 ersichtlich
ist: es handelt sich um eine klassische, gedämpfte,
schwingende Entladung 10. Ein solcher zeitabhängiger Stromverlauf
wird jedoch nicht gewünscht. Da die auf das Geschoß 4
einwirkende Kraft F nämlich durch die Beziehung F=
1/2 L′rI² wiedergegeben wird (wobei L′r die Selbstinduktivität
pro Längeneinheit der Schiene abgibt), treten außerordentlich
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 Beschleunigungsphase
beibehalten könnte; dies ist leider nicht möglich.
Eine Lösung, mit der diese ideale Bedingung annähernd erreicht
werden kann, besteht darin, den Schalter 6 zum Zeitpunkt
t₁ zu schließen. Dies führt dazu, daß die gesamte
elektrische Energie, die ursprünglich in dem Kondensator 1
mit der Kapazität C (W=1/2 CV₀²) gespeichert war, sich
zum Zeitpunkt t₁ in der Drosselspule 2 (W=1/2 L I²) befindet.
Die Energie im Kondensator 1 ist dann gleich Null,
denn der Spannungsunterschied ddp an den Klemmen dieses Kondensators
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 t₁ 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 Kondenstoren
verwenden zu können, weil diese keiner Sperrspannung
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 richtigen Zeitpunkt, d. h. idealerweise zum Zeitpunkt t₁ (dieser Betrieb kann gesteuert werden, aber ein automatischer Betriebsablauf ist vorzuziehen).
- - Wie bei jedem in Betracht kommenden Schalter, ist ein Betrieb nur möglich, wenn der Spannungsunterschied ddp zwischen 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 maximalen
Stromaufnahme begrenzt, - in diesem Falle müssen mehrere
Schalter parallel geschaltet werden -, oder in der anwendbaren
Klemmenspannung begrenzt, wobei in diesem Falle
mehrere Schalter in Reihe geschaltet werden müssen. Solche
Schaltvorgänge sind immer schwierig und erhöhen die Störanfälligkeit
der Gesamtanordnung.
Feldemissionsdioden oder Dioden mit kalter Emission sind bereits
bekannt. Das Prinzip der Feldemission ist seit zahlreichen
Jahren bekannt.
Die als Anlage beigefügte Fig. 3 zeigt eine Realisierungsart
einer Feldemissionsdiode 6, bestehend aus einer Kathodenspitze
15, die in ein leitendes Halterungsteil 26 eingefügt
ist, und aus einer Anode 18, die eine ebene Anodenoberfläche
18a 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 26b und 18b auf, mit deren Hilfe
die elektrische Verbindung zwischen der Diode und einer
außerhalb befindlichen Schaltkreisanordnung hergestellt werden
kann.
Wird an die Kathodenspitze ein starkes elektrisches Feld angelegt
(<10⁶ V/m), so emittiert diese Elektronen, ohne daß
es notwendig ist, die Kathodenspitze aufzuheizen. Unter Bezugnahme
auf die Fig. 4 werden solche Werte des Feldes E erreicht,
indem ein hohes Potential V, angelegt an die Anode,
zusammenfällt mit einer großen Feinheit (und demzufolge kleinem
Krümmungsradius R) der Spitze. Mit Werten von R in der
Größenordnung von 10 µm wird somit die Feldemission, und demzufolge
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 nachstehend
beschriebenen Anwendungszweck gut geeignet, denn sie
kann von Strömen von sehr hoher Intensität durchlaufen werden.
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 Wolfram
oder aus Kohlenstoff verwendet werden.
Die technische Fertigung dieser Spitzen ist relativ kompliziert
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.
Eine vergleichbare Feldemissionsvorrichtung ist aus der
DE-OS 22 61 454 bekannt. Diese soll jedoch mittels einer
möglichst hohen Spannung hochenergetische Elektronen
erzeugen, die beim Aufprall auf Materie Röntgenstrahlen
auslösen.
Die US 3 746 905 betrifft eine Elektronenstrahlröhre,
die relativ hohe Ströme auslösen können soll. Diese
besteht gattungsgemäß aus einer Anode und einer Vielzahl in einen
Isolator eingegossener sehr dünner Filamente, die die
Anode bilden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben aufgeführten Schwierigkeiten zu
beseitigen, indem eine Feldemissionsdiode hergestellt wird, die
konstruktiv vereinfacht und robust ist und sich gleichzeitig leicht herstellen läßt.
Diese Aufgabe wird durch eine Feldemissionsdiode mit
den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Entsprechend der Erfindung umfassen die besagten emittierenden
Teile emittierende Oberflächen, die durch Ränder von dünnen
Schichten, bestehend aus einem dritten leitenden Material,
gebildet werden und auf isolierenden Bauteilen aus dielektrischem
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 Halterungselementen,
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 früherer
Fertigungsart, bei denen die Stromwendespannungen mehrere
Kilovolt erreichen können.
Bei einer vorteilhaften Realisierungsart der Erfindung haben
die vorgenannten isolierenden Teile eine ausgesprochen parallelflache
Form und sind parallel zueinander angeordnet, und
die emittierenden Oberflächen befinden sich alle im gleichen
Abstand von den besagten Anodenoberflächen, wobei die vorgenannten
dünnen Schichten Ebenen bilden, die parallel zueinander
und rechtwinklig zu den besagten Anodenoberflächen verlaufen.
Diese Anordnung gestattet es, die emittierenden Oberflächen
zu vergrößern und demzufolge den von der Kathode
emittierenden Elektronenfluß zu erhöhen. Ein gleicher Abstand
zwischen den verschiedenen emittierenden Oberflächen und der
Anode gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Elektronenemission
und begrenzt die Beschädigung der emittierenden
Oberflächen.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen
erläutert.
Zu den anliegenden
Zeichnungen, die als nicht erschöpfende Beispiele anzusehen
sind:
- - die Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schema eines Stromversorgungssystems für einen elektromagnetischen Schienenbeschleuniger;
- - 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 Feldemissionsdiode mit emittierender 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 Kathodenelektrode;
- - die Fig. 8 zeigt das Arbeitsprinzip einer röhrenförmigen Feldemissionsdiode, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist;
- - die Fig. 9a veranschaulicht einen Versuchsschaltkreis hoher 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 Feldemissionsdiode mit emittierender Schneide bei einem ersten Schaltversuch;
- - die Fig. 10b ist eine experimentelle Aufzeichnung des zeitabhängigen Verlaufes des Stromes und der Spannung in der gleichen Diode anläßlich des zwanzigsten Schaltvorganges;
- - dieFig. 10c ist eine vergrößerte Ansicht der experimentellen 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 eine Dicke E2 von
weniger als einem Millimeter, bestehend aus Mylar (Äthylenglykolpolyterephtalat),
Glas oder Keramik. Dieser Metallüberzug
kann mit Hilfe von bekannten Verfahren erhalten werden,
wie zum Beispiel durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Kathodenzerstäubung,
und seine Dicke E1 liegt im allgemeinen zwischen
0,1 µm und 1 µm. Der Rand 20 der dünnen Schicht 21, der
sich gegenüber der Anodenoberfläche 18a befindet, ist die
emittierende Oberfläche der erfindungsgemäßen Diode. Der Abstand
D zwischen den Elektroden liegt vorzugsweise zwischen
0,2 mm und 1 mm. Mehrere gleichartige Strukturen können vorteilhafterweise
übereinanderliegend angeordnet werden, wie in
Fig. 6a angeregt ist. Jede emittierende Struktur 35 umfaßt
ein isolierendes Element 37, auf das eine isolierende Metallschicht
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 36b, die dazu
dient, die Kathode mit außerhalb befindlichen Anordnungen zu
verbinden. Ebenso verfügt die Anode 18 über eine Verlängerung
18b, um die elektrische Verbindung von der erfindungsgemäßen
Diode nach außen zu gewährleisten, und weist im allgemeinen
eine zylindrische Form auf.
Bei einer besonderen Realisierungsart der Kathode werden unter
Bezugnahme auf die Fig. 6b durch Distanzstücke 38 aus
feuerfestem Metall die verschiedenen emittierenden Strukturen
35 voneinander getrennt. Diese Distanzstücke, von parallelflacher
Form, gewährleisten die Halterung der emittierenden
Strukturen 35, die sehr dünn und demzufolge sehr anfällig
sind (ihre Dicke liegt unter einem Millimeter). Ihre feuerfeste
Beschaffenheit ermöglicht eine bessere Konzentrierung
der Elektronenemission aus den emittierenden Oberflächen 30.
Ein sehr guter elektrischer Kontakt zwischen diesen emittierenden
Oberflächen und dem Halterungsteil 36 muß gewährleistet
sein.
Die Distanzstücke 38 und das Halterungsteil 36 müssen sehr
ebene Kontaktflächen 38a aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Realisierungsart der Erfindung,
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 46a des
Halterungsteils 46 ist gegenüber der kreisrunden emittierenden
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
diese Röhre wurde so gewählt, daß er kleiner als der Durchmesser
der Anode 18 ist.
Diese Kathodenkonfiguration hat eine vorteilhafte technische
Wirkung. Bei einer Schaltung der erfindungsgemäßen Feldemissionsdiode
66 setzt nämlich die Elektronenemission 50 unter
Bezugnahme auf die Fig. 8 an der kreisrunden emittierenden
Oberfläche 40 ein. Es erfolgt dann eine Oberflächenzerstäubung
der Anode 18 durch das Auftreffen der Elektronen und es
bildet sich ein Plasma 51 in dem Raum zwischen den Elektroden.
Bei der Zunahme des Stromes und während der Ausdehung
des Plasmas werden Stromlinien auf die Achse der Oberfläche
46a konzentriert, was eine Verdampfung der dünnen emittierenden
Schicht 41 verhindert, die als Zündsystem fungiert und
dabei gleichzeitig das Durchlaufen von Strömen hoher Intensität,
die von der zentralen Kathodenoberfläche 46a herkommen,
gewährleistet.
Es besteht natürlich die Möglichkeit, mehrere konzentrische
röhrenförmige Schichten auf ein- und denselben Kathodenhalterungsteil
anzubringen.
Es wird jetzt die Erprobung eines Prototyps der erfindungsgemäßen
Feldemissionsdiode beschrieben.
Die nachstehend beschriebene Erprobung erfolgte unter Bedingungen,
die für einen Einsatz der Diode in einem Stromversorgungsschaltkreis
eines elektromagnetischen Schienenbeschleunigers
repräsentativ sind.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 9a besteht der Testschaltkreis
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 Klemmen
des Widerstandes 81 in Verbindung steht und ihre Kathode
geerdet ist. Die anfängliche Aufladung des Speicherkondensators
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 getestete
Feldemissionsdiode 6 weist eine einzigartige parallelflache
emittierende Struktur auf, wie aus den Fig. 9b und 9c
ersichtlich ist. Die Anode 98, gefertigt aus gesintertem Wolfram,
hat eine zylindrische Form mit einem Außendurchmesser
D1=20 mm, ihre Anodenfläche 98a hat einen Durchmesser D2
von 12 mm.
Das Kathodenhalterungsteil 96 hat eine ausgesprochen parallelflache
Form und ist aus Aluminium gefertigt. Es nimmt eine
emittierende Struktur 91 auf mit einer Breite A4 von 8 mm und
mit einer Dicke von 10 µm. Diese emittierende Struktur besteht
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 98a gegenüber
liegende Fläche mit quadratischem Querschnitt und
einer Seitenlänge von 12 mm A3, A5, auf, auf der die vorstehend
beschriebene emittierende Lamelle 95 angeordnet ist. Die
Außenabmessungen A6 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 charakteristischerweise
wie folgt ab:
- a) Der Speicherkondensator wird zunächst mittels einer äußeren 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 gedämpften Schwingkreises (Kondensator 80, Widerstand 81, Spule 82) bewirkt wird.
- c) Die Anoden-/Kathodenspannung an den Klemmen der Diode 6, ursprünglich negativ und praktisch gleich der Ladespannung V₀, steigt in einem gewissermaßen sinusförmigen Verlauf an und erreicht einen positiven Schaltspannungswert vcom 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 somit die Spule 82 kurz und bewirkt eine sozusagen exponentielle Abnahme des Stromes in diese Spule.
Der Verlauf der Stromstärke und der Spannung der Diode 6 ist
in den Fig. 10a und 10b dargestellt, die dem ersten Versuch
mit der emittierenden Lamelle beziehungsweise dem zwanzigsten
Versuch entsprechen.
Man stellt fest, daß die Kurven 102, 103 sehr stark den Kurven
100, 101, ähneln, die dem ersten Versuch entsprechen. Lediglich
eine leichte Zunahme der Schaltspannung kann vielleicht
beobachtet werden. Unter Bezugnahme auf die Fig. 10c
bleibt dagegen die Spannung im leitenden Zustand vernachlässigbar
gegenüber der Sperrspannung und gegenüber der Schaltspannung
Vcom. Diese Werte der Schaltspannung und der Spannung
im leidenden Zustand müssen verglichen werden mit den
sehr hohen Werten, die mit emittierenden Strukturen früherer
Fertigungsart erhalten wurden. Als Beispiel sei angeführt,
daß eine ähnliche Erprobung, durchgeführt mit einer Kohlenstoffaserkathode,
zu einer Schaltspannung von ca. 2,7 kV
führte.
Auch die Verwendung von scharf geschliffenen metallischen Kathoden,
vom Rasierklingentyp, führte zu einer Schaltspannung,
die bei der ersten Entladung 3 kV und bei der dritten Entladung
bereits 7,5 kV erreichte, wobei die Spannung im leitenden
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 gefertigt
sind und sehr glatte Anodenoberflächen (18a) aufweisen,
aus Anschlußteilen (18b) für die Anode, die von
dem vorgenannten Gehäuse nach außen führen, aus Kathodenelementen
(15, 25, 35, 45), die in dem besagten Gehäuse
untergebracht sind und
- - 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) aufweisen, und mit isolierendem dielektrischem Werkstoff in Kontakt stehen, wobei der Werkstoff mit
- - Bauteilen (26, 36, 46) für die Halterung besagter emittierender Teile, bestehend aus Anschlußelementen (26b, 36b, 46b) für die Kathode, gefertigt aus einem zweiten leitenden Material und von dem besagten Gehäuse nach außen führend in Verbindung steht,
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 dem
dielektrischen Werkstoff von einer vorgegebenen Dicke (E2)
aufgebracht sind, die an den vorgenannten Halterungselementen
(26, 36, 46) befestigt sind, wobei die besagten
dünnen Schichten (21, 31, 41) von vorgegebener Dicke (E1)
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 (18a) verlaufen.
2. Feldemissionsdiode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
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 (18a) befinden,
wobei die besagten dünnen Schichten (31) Ebenen bilden, die
parallel zueinander und rechtwinklig zu den besagten Anodenoberflächen
(18a) verlaufen.
3. Feldemissionsdiode gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorgenannten Teile (36)
für die Halterung der besagten emittierenden Teile (30) außerdem
mit Distanzstücken (38) aus feuerfestem Material versehen
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) gegenüber
liegt, eben ist (38a) und in elektrischem Kontakt steht
mit den vorgenannten Anschlußteilen (36b), den besagten isolierenden
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 Distanzstücke
(38) ist.
4. Feldemissionsdiode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorgenannten isolierenden
Teile (47) konzentrische Röhren sind, deren Achse senkrecht
zu den besagten Anodenflächen (18a) 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 (18b) von dem besagten Gehäuse
(6) längs der Achse der Vollscheibe nach außen führen,
wobei die ausgesprochen ebene Anodenoberfläche (18a) die
Scheibenfläche ist, die den Anodenanschlußteilen (18b) gegenüber
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 ausgesprochen
ebene scheibenförmige Kathodenfläche (46a) aufweisen,
die der besagten Anodenfläche (18a) gegenüber liegt und parallel
mit der letzteren verläuft, wobei die besagte Kathodenfläche
(46a) im Verhältnis zu der besagten emittierenden
Oberfläche (40) stark zurückversetzt und gegenüber der Anodenfläche
(18a) 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 (18a) 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 (E1) 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 (E2) der vorgenannten isolierenden
Teile (27, 37, 47) unter 1 mm liegt und vorzugsweise annähernd
10 µm beträgt.
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JP2003505843A (ja) * | 1999-07-26 | 2003-02-12 | アドバンスド ビジョン テクノロジーズ,インコーポレイテッド | 絶縁ゲート電子電界放出デバイスおよびその製造プロセス |
KR20010075312A (ko) * | 1999-07-26 | 2001-08-09 | 어드밴스드 비젼 테크놀러지스 인코포레이티드 | 진공 전계 효과 소자 및 그 제작 공정 |
US7336474B2 (en) | 1999-09-23 | 2008-02-26 | Schlumberger Technology Corporation | Microelectromechanical devices |
RU2231859C2 (ru) * | 2002-02-18 | 2004-06-27 | ООО "Высокие технологии" | Электронная пушка |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3746905A (en) * | 1971-12-21 | 1973-07-17 | Us Army | High vacuum, field effect electron tube |
US3735187A (en) * | 1971-12-22 | 1973-05-22 | Bendix Corp | Cathode blade for a field emission x-ray tube |
SU668488A1 (ru) * | 1977-05-16 | 1979-12-05 | Предприятие П/Я В-8315 | Импульсный холодный катод |
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