PL193953B1 - Sposób generacji zimnych elektronów oraz urządzenie do generacji zimnych elektronów - Google Patents

Abstract

1. Sposób generacji zimnych elektronów z warstw zawierających struktury mezoskopowe, znamienny tym, że w wysokiej próżni umieszcza się katodę znajdującą się na dielektrycznym podłożu w postaci wielofazowej warstwy oraz anodę spolaryzowaną dodatnio w stosunku do katody, a następnie przykłada się wzdłuż tej warstwy napięcie Uk zasilające tę warstwę w dodatkowe nośniki prądu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób generacji zimnych elektronów z warstw zawierających struktury mezoskopowe oraz urządzenie do generacji zimnych elektronów, stosowane zwłaszcza w łączności bezprzewodowej i mikroskopii elektronowej.

Znanych jest kilka sposobów generacji zimnych elektronów wykorzystujących zimne katody.

Z opisu patentowego PL 64672 znana jest konstrukcja zimnej katody opartej o układ Penninga w pompie jonowo-sorpcyjnej. W rozwiązaniu tym katoda wykonana jest w postaci dwóch metalowych płytek (tytan/srebro czy tytan/miedź) umieszczonych przy obydwu końcach anody.

Z opisu patentowego JP 10199398 znany jest sposób generacji zimnych elektronów wykorzystujący urządzenie, w którym zimna katoda (o określonej geometrii i sposobie zasilania) wykonana jest z nanorurek węglowych umieszczonych na podłożu grafitowym i w którym elektrody nie mają kontaktu z warstwą emisyjną. Znana jest także zimna emisja z warstw węglowych, DLC lub z warstw tlenkowych realizowana na etapie badań laboratoryjnych w dowolnych układach, w których warstwa na podłożu stanowi płaską katodę, natomiast anodą jest na ogół pręcik metalowy lub płaska powierzchnia metalowa. Część badań emisji elektronowej z takich warstw realizuje się w układzie mikroskopu sił atomowych (AFM) pracującego w modzie skaningowego mikroskopu tunelowego (STM).

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu generacji zimnych elektronów i odpowiedniego urządzenia, które mając anodę nie będącą ekranem luminoforowym umożliwia oglądanie aktywnej powierzchni emitującej elektrony oraz umożliwia wymianę anody-ekranu na anodę metaliczną w dowolnym kształcie.

Istotą sposobu generacji zimnych elektronów według wynalazku jest to, że w wysokiej próżni umieszcza się katodę znajdującą się na dielektrycznym podłożu w postaci wielofazowej warstwy oraz anodę spolaryzowaną dodatnio w stosunku do katody, a następnie przykłada się wzdłuż tej warstwy napięcie Uk zasilające tę warstwę w dodatkowe nośniki prądu. W sposobie tym katoda ma strukturę wielofazową gdzie pierwszą fazą jest faza o własnościach dielektrycznych i w tej fazie zawarta jest druga faza mezoskopowa nanokrystalitów metalu domieszki. Korzystnie jest jeżeli napięcie zasilające UK jest mniejsze od 100V i podawane jest do katody poprzez elektrody.

Istotą urządzenia do generacji zimnych elektronów według wynalazku jest to, że wewnątrz próżnioszczelnej obudowy znajdują się w regulowanej od siebie odległości anoda i katoda. Katoda jest płytką dielektryczną na której znajduje się warstwa emitująca elektrony pod wpływem przyłożonego wzdłuż warstwy pola. Natomiast anoda jest płytką szklaną, na której znajdują się co najmniej dwie warstwy, przy czym jedna warstwa jest warstwą przezroczystą i przewodzącą, a druga warstwa jest warstwą luminoforu. W urządzeniu tym anoda może mieć postać zaostrzonego pręta, czaszy lub stożka skierowanych ostrzem wypukłością czy też wierzchołkiem do katody.

Zaletami wynalazku jest prosta realizacja, krótki czas startu emisji elektronów, mała konsumpcja mocy w stosunku do mocy emitowanej. Urządzenie według wynalazku jest tanie w produkcji oraz eksploatacji.

Sposób według wynalazku zostanie bliżej objaśniony na przykładzie emisji elektronowej z warstwy układu C60/C70+M (gdzie M jest metalem przejściowym np. nikiel Ni) zawierającej nanokrystaliczne struktury wyspowe Ni (faza mezoskopowa). Zimna emisja elektronów z warstwy układu C60/C70+Ni została przeprowadzona dla warstw zawierających od2 do 20% wag. Ni. Warstwy te były otrzymane przez naparowanie próżniowe z dwóch odrębnych źródeł: jednego zawierającego mieszaninę fullerenów C60/C70 (w stosunku 8:2) oraz drugiego zawierającego octan niklu. W warstwach tych nikiel występował w postaci nanokrystalitów o wielkości od 5 do 50nm. Podłożami, na których naparowano warstwy były: szkło kwarcowe, taśma molibdenowa oraz półprzewodnikowy krzem. Rezystancja otrzymanych warstw zawierała się w granicach od kilkudziesięciu W-cm do kilkudziesięciu kW-cm. Pomiary emisji elektronowej z takich warstw wykonano w układzie diody pomiarowej umieszczonej wpróżni 10^-4-10^-6 Pa. Zasilanie elektryczne warstw osadzonych na szkle kwarcowym odbywało się za pośrednictwem elektrod kontaktowych z tlenku indu (ITO). Zastosowano dwa typy diody pomiarowej: a) diodę o płaskiej katodzie (warstwa na podłożu) i sferycznej anodzie (w postaci czaszy wykonanej ze stali próżniowej), b) diodę o płaskiej katodzie (warstwa na podłożu) i płaskiej anodzie (w postaci wypolerowanej na lustro płasko równoległej do podłoża stalowej powierzchni). Stosowane odległości w obu przypadkach wynosiły od 100 do 500 mm. Dioda typu b) miała powierzchnię czynną kilkadziesiąt razy większą od powierzchni czynnej diody typu a).

PL 193 953B1

Największą emisję elektronową uzyskano w układzie diody typu a) dla warstwy (na podłożu ze szkła kwarcowego) zawierającej ok. 12,5% wag. Ni. Natężenie prądu emisji wynosiło 155 mA dla odległości katoda-anoda 100 mm i napięciu pomiędzy anodą i katodą 2kV.

Urządzenie według wynalazku zostanie bliżej objaśnione na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku. Przedstawione schematycznie urządzenie składa się z próżnioszczelnej obudowy 1 wewnątrz której znajdują się usytuowane w pewnej odległości od siebie katoda 2, będąca warstwą 6 na podłożu 7 i anoda 3. Anoda może być wykonana z metalu i mieć dowolny opisany wyżej kształt lub może być płytką szklaną pokrytą warstwą przewodzącą elektrycznie (ITO) 4 oraz luminoforem 5 (anoda pełni wtedy rolę ekranu). Anoda i katoda znajdują się pod napięciem, którego polaryzacja jest dodatnia w stosunku do katody. W ściance obudowy 1 znajdują się co najmniej trzy przepusty elektryczne a, b, c. Do dwóch z nich a, b doprowadzone są przewody zasilające warstwę poprzecznie poprzez elektrody 8 (wzdłuż podłoża), a do przepustu c przewód doprowadzający napięcie anoda katoda. Do wybranych zastosowań także można używać anodę z metalu w kształcie sferycznym (wypukłością skierowaną do katody), stożkowym (ostrzem skierowaną do katody) lub w kształcie igły.

Claims (9)

1. Sposób generacji zimnych elektronów z warstw zawierających struktury mezoskopowe, znamienny tym, że w wysokiej próżni umieszcza się katodę znajdującą się na dielektrycznym podłożu w postaci wielofazowej warstwy oraz anodę spolaryzowaną dodatnio w stosunku do katody, a następnie przykłada się wzdłuż tej warstwy napięcie Uk zasilające tę warstwę w dodatkowe nośniki prądu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katoda ma strukturę wielofazową gdzie pierwszą fazą jest faza o własnościach dielektrycznych i w tej fezie zawarta jest druga faza mezoskopowa nanokrystalitów metalu domieszki.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że napięcie zasilające UK mniejsze od 100V podawane jest do katody poprzez elektrody.

4. Urządzenie do generacji zimnych elektronów z warstw o niskiej elektronowej pracy wyjścia zawierający próżnioszczelną obudowę, znamienne tym, że wewnątrz obudowy (1) znajdują się w regulowanej odległości od siebie anoda (3)i katoda (2).

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że katoda (2) jest płytką dielektryczną, na której znajduje się warstwa emitująca elektrony pod wpływem przyłożonego wzdłuż warstwy pola.

6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że anoda (3) jest płytką szklaną, na której znajdują się co najmniej dwie warstwy, przy czym pierwsza warstwa (4) jest warstwą przezroczystą i przewodzącą, a druga warstwa (5) jest warstwą luminoforu.

7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że anoda (3) ma postać zaostrzonego pręta skierowanego ostrzem do katody (2).

8. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że anoda (3) ma postać czaszy skierowanej wypukłością do katody (2).

9. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że anoda (3)ma postać stożka skierowanego wierzchołkiem do katody (2).