RU2010380C1

RU2010380C1 - Microelectron vacuum device

Info

Publication number: RU2010380C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Сычик
Original assignee: Белорусская государственная политехническая академия
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: electron devices. SUBSTANCE: microelectron device has anode, cathode and perforated controlling electrode placed into body. Novelty lies in that cold cathode is made in film structure of wide-zone n-p homogeneous junction-isotype p-p⁺ heterogeneous junction on which there are placed in sequence: controlling electrode of type lattice layer of dielectric-lattice layer of metal, lattice layer of dielectric with layer of metal over contour on which laminated anode is anchored. Ohmic contact of isotype p-p⁺ heterogeneous junction is manufactured as lattice metal-dielectric structure, p⁺ region is equal to width of isotype junction. Relation of thicknesses of lattice layers of metal and dielectric of controlling electrode amounts to (5: 1): (10: 1) and relationship of length of opening of lattice to length of octave lies within interval from 10 to 10³. EFFECT: reduced dimensions and consumed power. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электронных приборов, в частности к электронно-вакуумным приборам, и может быть использовано в устройствах усиления, генерирования, преобразования и других радиотехнических устройствах. The invention relates to the field of electronic devices, in particular to electronic vacuum devices, and can be used in amplification, generation, conversion and other radio devices.

Известен микроэлектронный прибор, содержащий подложку из электропроводного материала, на одной из поверхностей которой расположен излучающий элемент, имеющий сужающийся наконечник. На наконечнике излучающего элемента располагается свечеобразный выступ, обеспечивающий усиление электронной эмиссии за счет сходящихся магнитных силовых линий электромагнитного поля. Этот прибор обладает сложной конструкцией, низкой стабильностью работы, невысокой крутизной. Known microelectronic device containing a substrate of electrically conductive material, on one surface of which is located a radiating element having a tapering tip. A candle-shaped protrusion is located at the tip of the radiating element, which enhances electron emission due to converging magnetic field lines of the electromagnetic field. This device has a complex structure, low stability, low slope.

Также известен твердотельный электровакуумный прибор, который содержит корпус с выводами, в котором размещен оксидный катод, анод и управляющие электроды. Катод выполнен в виде металлической подложки с подогревом, подложка покрыта слоем оксида щелочноземельного металла. К недостаткам данного прибора относятся значительные габариты и невысокая прочность, большая потребляемая мощность, малый срок службы. A solid-state electrovacuum device is also known, which comprises a housing with leads, in which an oxide cathode, anode, and control electrodes are placed. The cathode is made in the form of a heated metal substrate, the substrate is coated with a layer of alkaline earth metal oxide. The disadvantages of this device include significant dimensions and low strength, high power consumption, short service life.

Прототипом изобретения является микроэлектронный вакуумный прибор, описанный в патенте США N 2913632, кл. 318-101. Он представляет двухкаскадный усилитель, где твердотельные электровакуумные приборы выполнены пентодами. Электровакуумные приборы в конструкции, представляющей набор диэлектрических пластин со сформированными пассивными элементами, реализованы в соосных проемах этих пластин и представляют плоский подогревной катод, ряд сеток в виде металлических дисков с отверстиями для пролета электронов, которые закреплены на поверхностях соответствующих пластин, дисковый сплошной анод. A prototype of the invention is a microelectronic vacuum device described in US patent N 2913632, CL. 318-101. It represents a two-stage amplifier, where solid-state electric vacuum devices are made by pentodes. Electrovacuum devices in a design representing a set of dielectric plates with formed passive elements are implemented in the coaxial openings of these plates and represent a flat heated cathode, a series of grids in the form of metal disks with holes for the passage of electrons that are fixed on the surfaces of the corresponding plates, a solid disk anode.

Недостатками этого прибора являются большая потребляемая мощность электровакуумного прибора, обусловленная наличием накальной цепи (единицы ватт); малый срок службы из-за постепенного распыления в процессе работы устройства активированного слоя катода при его нагреве; значительные габариты и невысокая прочность, поскольку элементы прибора выполнены из дискретных диэлектрических пластин, которые при этом имеют ненадежное механическое соединение. The disadvantages of this device are the large power consumption of the electrovacuum device due to the presence of a filament circuit (units of watts); short service life due to gradual spraying during operation of the device of the activated cathode layer when it is heated; significant dimensions and low strength, since the elements of the device are made of discrete dielectric plates, which at the same time have an unreliable mechanical connection.

Целью изобретения является снижение потребляемой мощности и габаритов. The aim of the invention is to reduce power consumption and dimensions.

Поставленная цель достигается тем, что в микроэлектронном вакуумном приборе, содержащем анод, холодный катод и управляющий перфорированный электрод с омическими контактами, холодный катод выполнен пленочной структурной широкозонный n-p гетеропереход - изотипный р-р+ гетеропереход, на котором последовательно размещены управляющий электрод типа решетчатый слой диэлектрика - решетчатый слой металла, верхний решетчатый слой диэлектрика со слоем металла по контуру, на котором закреплен пластинчатый анод, при этом омический контакт изотипного р-р⁺ гетероперехода выполнен решетчатой структурой металл-диэлектрик, р⁺-область равна ширине изотипного гетероперехода, соотношение толщины решетчатых слоев металла и диэлектрика управляющего электрода составляет (5: 1)-(10: 1), а отношение длины проема решетки к длине остава находится в диапазоне от 10 до 10³.This goal is achieved by the fact that in a microelectronic vacuum device containing an anode, a cold cathode and a control perforated electrode with ohmic contacts, the cold cathode is made of a film structured wide-gap np heterojunction - an isotype p-p + heterojunction, on which a control electrode such as a dielectric grating layer is sequentially placed - a metal lattice layer, an upper dielectric lattice layer with a metal layer along the contour on which the plate anode is fixed, while the ohmic contact is isotypically of the rr ⁺ heterojunction is made by a metal-insulator lattice structure, the p ⁺ -region is equal to the width of the isotype heterojunction, the ratio of the thickness of the lattice layers of the metal and the dielectric of the control electrode is (5: 1) - (10: 1), and the ratio of the lattice aperture to the length of the stay is in the range from 10 to 10 ³ .

Благодаря тому, что в предложенном устройстве холодный катод выполнен пленочной структурой типа широкозонной n-p гетеропереход-изотипный р-р⁺ гетеропереход, на котором последовательно размещены управляющие электроды типа решетчатый слой диэлектрика - решетчатый слой металла, верхний слой диэлектрика со слоем металла по контуру жестко скреплены с пластинчатым анодом, при этом омический контакт изотипного р-р⁺ гетероперехода выполнен решетчатой структурой металл-диэлектрик, р⁺-область соответствует ширине изотипного гетероперехода, соотношение толщины решетчатых слоев металла и диэлектрика в управляющих электродах составляет интервал (5: 1)-(10: 1), а отношение длины проема решетки к длине остава находится в диапазоне от 10 до 10³, более чем в два раза снижается потребляемая устройством электрическая мощность и более чем на порядок снижаются габариты устройства.Due to the fact that in the proposed device, the cold cathode is made of a film structure of the wide-gap np type heterojunction-isotype pp ⁺ heterojunction, on which control electrodes of the type are a lattice dielectric layer - a lattice metal layer, the upper dielectric layer with a metal layer along the contour is rigidly bonded with an anode plate, wherein the ohmic contact isotype p-p ⁺ heterojunction lattice structure made of metal-dielectric, p ⁺ region corresponds to the width isotype heterojunction with the thickness ratio of lattice metal and dielectric layers in the control electrode is an interval (5: 1) - (10: 1), and the ratio of the lattice aperture to the length while remaining in the range of 10 to 10 ^3, more than twice the reduced consumption of device electric power and the dimensions of the device are reduced by more than an order of magnitude.

Потребляемая мощность снижается более чем в два раза в первую очередь вследствие исключения накальной цепи, использования структуры холодного катода типа n-p гетеропереход - р-р⁺ изотипный гетеропереход, а габариты устройства уменьшаются более чем на порядок в сравнении с прототипом по указанным признакам и вследствие того, что в устройстве используются в качестве управляющих электродов пленочные миниатюрные решетчатые структуры типа металл-диэлектрик.The power consumption is reduced by more than two times primarily due to the exclusion of the filament circuit, the use of the structure of a cold cathode of the type np heterojunction - pp ⁺ isotype heterojunction, and the dimensions of the device are reduced by more than an order of magnitude in comparison with the prototype according to the indicated signs and due to that the device uses miniature metal-insulator film miniature lattice structures as control electrodes.

В известных технических решениях признаков, сходных с заявляемым, не обнаружено. Следовательно, предложенное техническое решение - микроэлектронный вакуумный прибор, обладает существенными отличиями. In the known technical solutions, features similar to the claimed are not found. Therefore, the proposed technical solution - microelectronic vacuum device, has significant differences.

На чертеже изображена конструкция микроэлектронного вакуумного прибора, разрез и вид сверху. The drawing shows the design of a microelectronic vacuum device, a section and a top view.

Конструктивно микроэлектронный вакуумный прибор состоит из холодного катода, управляющего электрода (одного и более), анода и корпуса с выводами. Катод содержит твердое электропроводящее основание 1, на котором расположен широкозонный n-p гетеропереход, состоящий из n-области (слой) 2 широкозонного полупроводника и р-области 3 широкозонного полупроводника, на которой сформирована р⁺-область 4 указанного полупроводника. Слой р-области 3 широкозонного полупроводника и р⁺-область 4 указанного полупроводника образуют р-р⁺ изотипный гетеропереход, который последовательно соединен с анизотипным n-р гетеропереходом. Первым омическим контактом холодного катода является основание 1. Многослойная полупроводниковая структура холодного катода защищена с торцов слоем диэлектрика 6.Structurally, a microelectronic vacuum device consists of a cold cathode, a control electrode (one or more), an anode and a housing with leads. The cathode contains a solid conductive base 1, on which a wide-gap np heterojunction is located, consisting of the n-region (layer) 2 of the wide-gap semiconductor and the p-region 3 of the wide-gap semiconductor on which the p ⁺ region 4 of the semiconductor is formed. The p-region layer 3 of the wide-gap semiconductor and the p ⁺ region 4 of the semiconductor form a p-p ⁺ isotype heterojunction, which is connected in series with the anisotypic n-p heterojunction. The first ohmic contact of the cold cathode is base 1. The multilayer semiconductor structure of the cold cathode is protected from the ends by a dielectric layer 6.

Сверху на р⁺-области 4 узкозонного полупроводника изотипного р⁺-р гетероперехода расположен омический контакт, представляющий решетчатую структур металл 5 с нанесенным внешним выводом 5 - диэлектрик 7. В области решетчатой структуры металл 5 диэлектрик 7 сверху на металлические участки 5 омического контакта изотипного р⁺-р гетероперехода нанесен активированный слой 8.On top of the p ^{+ region} 4 of the narrow-gap semiconductor of the isotypic p ⁺ p heterojunction, there is an ohmic contact, which represents the lattice of metal 5 with an external terminal 5 applied — an insulator 7. In the region of the lattice, metal 5 is a dielectric 7 on top of the metal sections 5 of the ohmic contact of the isotype p ⁺ -p heterojunction deposited activated layer 8.

Управляющий электрод представляет последовательно расположенные друг над другом ряд решетчатых слоев диэлектрика и металла, например решетчатый слой металла 9, решетчатый слой диэлектрика 10 и решетчатый слой металла 11, с которым скреплен внешний вывод 12 управляющего электрода. На первом управляющем электроде (сетке) могут располагаться другие управляющие электроды (сетки), представляющие структуры в виде последовательных решетчатых слоев диэлектрика и металла. The control electrode is a series of lattice layers of a dielectric and a metal sequentially arranged one above the other, for example, a trellised layer of a metal 9, a trellised layer of a dielectric 10 and a trellised layer of metal 11, to which an external terminal 12 of a control electrode is bonded. Other control electrodes (grids) may be located on the first control electrode (grid), representing structures in the form of successive lattice layers of a dielectric and a metal.

На верхнем решетчатом слое металла 11 управляющего электрода либо последней расположенной сверху сетке (при многосеточном варианте прибора) размещен решетчатый слой диэлектрика 13, служащий для изоляции управляющего электрода от анода. On the upper lattice layer of metal 11 of the control electrode or the last grid located on top (with a multigrid version of the device) there is a lattice layer of dielectric 13, which serves to isolate the control electrode from the anode.

Анод расположен сверху управляющего электрода и включает кольцевой металлический тонкопленочный электрод 14, расположенный решетчатом диэлектрическом слое 13, и пластинчатое основание 15 анода с внешним его выводом 16. Вся конструкция прибора защищена корпусом 17, выполненным из изоляционного материала с высокой теплопроводностью, например компаунда. The anode is located on top of the control electrode and includes an annular thin-film metal electrode 14 located in a trellised dielectric layer 13, and a plate-like base 15 of the anode with its external terminal 16. The entire structure of the device is protected by a housing 17 made of an insulating material with high thermal conductivity, for example, a compound.

Основание 1 катода является омическим контактом к n-слою 2 широкозонного n-p гомоперехода. Например, если n-p гомопереход реализован на кремни, материалом основания 1 (омическим контактом к n-слою 2) может быть Mg, Bi, Sb, Te. Полупроводниковая p-n структура катода, представляющая p-n гомопереход из широкозонных слоев n-типа 2 и р-типа 3, защищена с торцов слоем диэлектрика 6, который стабилизирует работу холодного катода. The cathode base 1 is an ohmic contact to the n-layer 2 of the wide-gap n-p homojunction. For example, if the n-p homojunction is implemented on silicon, the base material 1 (ohmic contact to the n-layer 2) can be Mg, Bi, Sb, Te. The semiconductor pn structure of the cathode, representing the pn homojunction from wide-gap layers of n-type 2 and p-type 3, is protected from the ends by a dielectric layer 6, which stabilizes the operation of the cold cathode.

Широкозонная р-область 3 гомоперехода выбрана такой толщины, чтобы инжектированные в нее из n-области электроны не рекомбинировали с дырками казанной области 3. Оптимальное значение толщины p-области 3 - d₀, как показали результаты эксперимента, составляет (0,6-0,9)L_d, где L_d - диффузионная длина носителей в р-области 3. Для кремниевого р-n гомоперехода d₀ ≈0,15-0,3 мкм. Концентрация электронов n-области 2 N_n выбрана много больше концентрации дырок р-области 3 Р_р, чтобы обеспечить одностороннюю инжекцию электронов из n-области 2 к поверхности излучения активированного слоя 8 катода. Обычно N_n ≥ (10²-10⁴)Р_р.The wide-gap p-region 3 of the homojunction is chosen so thick that the electrons injected into it from the n-region do not recombine with holes of the indicated region 3. The optimum value of the thickness of the p-region 3 is d ₀ , as shown by the experimental results, (0.6-0 , 9) L _d , where L _d is the diffusion length of carriers in the p region 3. For a silicon pn homojunction, d ₀ ≈ 0.15-0.3 μm. The electron concentration of the n-region 2 N _{n is} chosen to be much higher than the hole concentration of the p-region 3 P _r to provide one-sided injection of electrons from the n-region 2 to the radiation surface of the activated cathode layer 8. Usually N _n ≥ (10 ² -10 ⁴ ) P _p .

Контактирующая с р-областью 3 полупроводникового р-n гомоперехода р+-область 4 полупроводника выполнена из узкозонного полупроводника. Например, для кремниевой р-области 3 с Е_g1 = 1,1 эВ, где Е_g - ширина запрещающей зоны р-области 3, контактирующая р⁺-область 4 выполнена с арсенида индия (InAs) с Е_g2 = 0,36 эВ. Контакт широкозонной р-области 3 с узкозонной р⁺-областью 4 представляет изотипный (р-р⁺) гетеропереход, который обеспечивает создание горячих электронов его узкозонной р⁺-области 4, которые инжектируют из n-области 2 через р-область 3 гомоперехода в р+-область 4 изотипного гетероперехода. Для повышения эффективности излучения катода, т. е. эффективности работы прибора в целом путем усиления степени инжекции электронов из р⁺ - указанной области 4 изотипного р-р⁺ гетероперехода ширина р⁺-области 4 равна ширине изотипного р+-р гетероперехода, причем эта р⁺-область 4 неравномерно легирована акцепторной примесью, распределение которой является параболическим с максимумом концентрации со стороны изотипного р-р⁺ гетероперехода. Такое распределение примеси создает тянущее электрическое поле, осуществляющее эффективное выталкивание электронов из р⁺-области изотипного р-р⁺ гетероперехода в активированный слой 8.The p + region 4 of the semiconductor in contact with the p region 3 of the semiconductor pn homojunction is made of a narrow-gap semiconductor. For example, for silicon p-region 3 with Е _g1 = 1.1 eV, where Е _g is the width of the prohibition zone of p-region 3, the contacting p ⁺ region 4 is made with indium arsenide (InAs) with Е _g2 = 0.36 eV . Contact wide-p-area 3 with a narrow-band p ⁺ region 4 is isotypic (p-p ⁺⁾ heterojunction which provides a narrow-band hot electrons its p ⁺ region 4, which is injected from the n-region 2 through the p region 3 in homojunction p + region 4 of the isotype heterojunction. To increase the radiation efficiency of the cathode, i.e., the overall efficiency of the device by enhancing the degree of injection of electrons from the p ⁺ - indicated region 4 of the isotype p ⁺ p ⁺ heterojunction, the width of the p ^{+ region} 4 is equal to the width of the isotype p + -p heterojunction, and this p ⁺ region 4 is unevenly doped with an acceptor impurity, the distribution of which is parabolic with a maximum concentration from the side of the isotypic p ⁺ p heterojunction. This distribution of impurities creates a pulling electric field, which effectively ejects electrons from the p ^{+ region of the} isotype p ⁺ p ⁺ heterojunction into the activated layer 8.

Второй омический контакт 5 катода является ускоряющим его электродом, обеспечивающим при прямом смещении на электродах 1 и 5 катода интенсивную инжекцию электронов из n-слоя 2 в р-слой 3 широкозонного n-p гомоперехода. The second ohmic contact 5 of the cathode is its accelerating electrode, which provides direct injection of electrons from the n-layer 2 into the p-layer 3 of the wide-gap n-p homojunction at direct bias on the electrodes 1 and 5 of the cathode.

Второй омический контакт 5 катода выполнен решетчатой структурой металл 5 - диэлектрик 7. При этом решетчатый слой металла 5 второго омического контакта катода размещен в проемах остава решетки управляющего электрода. В проемах решетчатого слоя металла 5 указанного омического контакта размещен активированный слой 8. Материалы второго омического контакта 5 для кремниевого р⁺-р гетероперехода является амоминий.The second ohmic contact 5 of the cathode is made by a metal 5 - dielectric 7 lattice structure. In this case, the lattice layer of metal 5 of the second ohmic contact of the cathode is placed in the openings of the lattice of the control electrode. In the openings of the lattice layer of metal 5 of the indicated ohmic contact, the activated layer 8 is placed. The materials of the second ohmic contact 5 for the silicon p ⁺ p heterojunction is amominium.

Следовательно, холодный катод прибора выполнен пленочной структурой широкозонной n-p гомопереход - изотипный р-р⁺ гетеропереход с первым 1 и вторым 5 омическими контактами.Consequently, the cold cathode of the device is made of a wide-gap np homojunction film structure — an isotypic pp ⁺ heterojunction with the first 1 and second 5 ohmic contacts.

Диэлектрические слои 7,10,13 управляющего электрода являются решетчатыми, причем проемы решетки могут быть как прямоугольной, так и круглой, либо другой формы. Наиболее оптимальной, как показали результаты эксперимента, является квадратная форма проема решетки с отношением длины проема l₂ к длине остава решетки l₁ от 10 до 10³. Соотношение толщины решетчатых слоев металла 9,11 и диэлектрика 7,10,13 управляющего электрода составляет интервал (5: 1)-(10: 1). Проемы первого (нижнего) решетчатого диэлектрического слоя 7 заполнены решетчатым металлическим слоем второго омического контакта 5 катода и активированным слоем 8.The dielectric layers 7,10,13 of the control electrode are lattice, and the openings of the lattice can be either rectangular, round or other shape. The most optimal, as shown by the experimental results, is the square shape of the aperture of the grating with the ratio of the length of the aperture l ₂ to the length of the grating l ₁ from 10 to 10 ³ . The ratio of the thickness of the lattice layers of the metal 9.11 and the dielectric 7.10.13 of the control electrode is in the range (5: 1) - (10: 1). The openings of the first (lower) trellis dielectric layer 7 are filled with a trellised metal layer of the second ohmic contact 5 of the cathode and the activated layer 8.

Металлические слои 9,11 управляющего электрода также являются решетчатыми, конфигурация и размеры решетки которых в точности соответствуют диэлектрическим решетчатым слоям 7,10,13. Нижний решетчатый диэлектрический слой 7 одновременно электрически изолирует второй омический контакт 5 катода от металлического решетчатого слоя 9 и выполняется из материала с хорошим сопряжением в постоянных решетки с р⁺-областью 4 узкозонного полупроводника. Толщина решетчатых диэлектрических слоев 7,10,13 определяется из требуемыми изоляционными свойствами и обычно составляет 0,2-5 мкм, а толщина решетчатых металлических слоев 9 и 11 определяется требуемыми электрическими свойствами и также обычно составляет 0,1-2 мкм. Материалом решетчатого слоя 9 обычно является алюминий, а верхнего решетчатого слоя 11 - никель, с которым хорошо методом пайки или сварки соединяются внешний вывод управляющего электрода 12. А качестве материала диэлектрических решетчатых слоев обычно используются GeO, SiO, Al₂O₃.The metal layers 9.11 of the control electrode are also lattice, the configuration and dimensions of the lattice of which exactly correspond to the dielectric lattice layers 7,10,13. The lower lattice dielectric layer 7 simultaneously electrically isolates the second ohmic contact 5 of the cathode from the metal lattice layer 9 and is made of a material with good conjugation in the lattice constants with the p ⁺ region 4 of a narrow-gap semiconductor. The thickness of the lattice dielectric layers 7,10,13 is determined from the required insulating properties and is usually 0.2-5 microns, and the thickness of the lattice metal layers 9 and 11 is determined by the required electrical properties and is also usually 0.1-2 microns. The material of the grating layer 9 is usually aluminum, and the upper grating layer 11 is nickel, to which the external terminal of the control electrode 12 is well connected by soldering or welding. GeO, SiO, Al ₂ O ₃ are usually used as the material for the dielectric grating.

Кольцевой металлический тонкопленочный электрод 14 охватывает по контуру нерешетчатую часть верхнего решетчатого слоя 13 диэлектрика. Он выполнен из термостойкого высокопроводящего металла с высокой способностью к пайке или микросварке, которым обычно является никель. Его толщина определяется качественным соединением с массивным основанием анода. Обычно толщина кольцевого электрода 14 составляет 1-5 мкм. Пластинчатый анод (основание) 15 имеет внешнее размеры, соответствующие внешним размерам кольцевого электрода 14, и собственный вывод, являющийся внешним выводом анода 16. Изготовлен из теплостойкого металла, обычно никеля, молибдена, тантала. An annular metal thin-film electrode 14 encompasses the non-lattice portion of the upper lattice layer 13 of the dielectric along the contour. It is made of heat-resistant, highly conductive metal with a high soldering or micro-welding ability, which is usually nickel. Its thickness is determined by the quality connection with the massive base of the anode. Typically, the thickness of the ring electrode 14 is 1-5 microns. The plate anode (base) 15 has external dimensions corresponding to the external dimensions of the ring electrode 14, and its own terminal, which is the external terminal of the anode 16. Made of heat-resistant metal, usually nickel, molybdenum, tantalum.

Корпус 17 микроэлектронного вакуумного прибора выполняется из теплопроводящего изоляционного материала, обычно керамики, окиси алюминия, или в виде слоя твердеющего изоляционного материала - компаунда. The housing 17 of the microelectronic vacuum device is made of heat-conducting insulating material, usually ceramic, aluminum oxide, or in the form of a layer of hardening insulating material - compound.

Микроэлектронный вакуумный прибор работает следующим образом. Microelectronic vacuum device operates as follows.

При подаче питающего напряжения (см. чертеж) прямой полярности U_к ≈1-5 В к электродам 1-5 катода, т. е. на омические контакты полупроводниковой p-n структуры катода, потенциальный барьер широкозонногол р-n гомоперехода снизится и резко возрастает инжекция электронов из n-области 2 в р-область 3 гомоперехода. Поток электронов движется к узкозонной р-области 4 изотипного гетероперехода, входит в эту область, где электроны становятся горячими, т. е. обладают высокой энергией и эффективно диффундируют и одновременно дрейфуют через узкозонную р⁺-область изотипного гетероперехода к ее поверхности и проходят в активированный слой 8 с низкой работой выхода, с поверхности которого в области проемов решетчатых диэлектрических и металлических слоев они излучаются в вакуумированное межэлектродное пространство.When a supply voltage (see drawing) of direct polarity U _to ≈1-5 V is applied to the electrodes 1-5 of the cathode, i.e., to the ohmic contacts of the semiconductor pn structure of the cathode, the potential barrier of the wide-gap pn homojunction will decrease and electron injection will increase sharply from n-region 2 to p-region 3 homojunction. The electron flow moves to the narrow-gap p-region 4 of the isotype heterojunction, enters this region where the electrons become hot, that is, they have high energy and efficiently diffuse and simultaneously drift through the narrow-gap p ⁺ region of the isotype heterojunction to its surface and pass into the activated layer 8 with a low work function, from the surface of which in the region of the openings of the lattice dielectric and metal layers they are radiated into a vacuum interelectrode space.

К общему электроду 1 катода и электроду 16 анода прикладывается напряжение анода U_а прямой полярности "+" к аноду. Излучаемые в проемы решетки активированным слоем катода 8 электроны устремляются к аноду, выделяя на сопротивлении нагрузки R_н выходное напряжение U_вых, пропорциональное анодному току, т. е. потоку излучаемых безнагревным катодом электронов. Для управления потоком получаемых катодом электронов к общему электроду 1 катода и внешнему электроду (выводу) 12 управляющего электрода подводится запирающее напряжение U_с ("-" к электроду 12).The voltage of the anode U is applied to the common electrode 1 of the cathode and electrode 16 of the anode, _{and the} “+” voltage of direct polarity is applied to the anode. The electrons emitted into the lattice openings by the activated layer of the cathode 8 rush to the anode, releasing at the load resistance R _{n the} output voltage U _o proportional to the anode current, i.e., the flow of electrons emitted by the unheated cathode. To control the flow of electrons received by the cathode to the common electrode 1 of the cathode and the external electrode (output) 12 of the control electrode, a blocking voltage U _s ("-" to the electrode 12) is applied.

Действующее на движущиеся в проемах решетки электроны запирающее поле тормозит их движение к аноду и изменение величин поля, т. е. изменение U_с регулирует величину анодного тока. Анодная и анодно-сеточная характеристики предлагаемого микроэлектронного вакуумного прибора аналогичны соответствующим характеристикам триодов, тетродов и пентодов.The blocking field acting on the electrons moving in the grating openings of the grating inhibits their movement to the anode and changes in the field values, i.e., a change in U _с controls the value of the anode current. The anode and anode-grid characteristics of the proposed microelectronic vacuum device are similar to the corresponding characteristics of triodes, tetrodes and pentodes.

Таким образом, вследствие того, что в предложенном микроэлектронном вакуумном приборе, состоящем из корпуса и размещенными катодом, анодом и управляющим электродом, катод является холодным, выполнен пленочной многослойной безнагревной активированной структурой широкозонный n-p гомопереход - изотипный р-р⁺ гетеропереход, на котором последовательно размещены управляющий электрод типа решетчатый слой диэлектрика - решетчатый слой металла, на верхнем слое диэлектрика которого по контуру закреплен пластинчатый анод, причем омический контакт изотипного р-р⁺ гетероперехода выполнен решетчатой структурой металл-диэлектрик, его р⁺-область равна ширине изотипного гетероперехода, соотношение толщины решетчатых слоев металла и диэлектрика управляющего электрода составляет (5: 1)-(10: 1), а отношение длины проема решетки к длине останова находится в интервале от 10 до 10³, достигается поставленная цель - более чем в два раза снижается потребляемая мощность и более чем на порядок снижаются габариты устройства. (56) Патент США N 2913632, кл. 318-101, 1975.Thus, due to the fact that the cathode is cold in the proposed microelectronic vacuum device consisting of a casing and placed by a cathode, anode, and control electrode, a wide-gap np homogeneous junction is made of a film multilayer non-heating activated structure - an isotypic p ⁺ p heterojunction, on which are sequentially placed a control electrode of the type a dielectric trellised layer is a trellised metal layer, on the upper dielectric layer of which a plate anode is fixed along the contour, and the ohmic contour CT of the isotypic rp ⁺ heterojunction is made by a metal-insulator lattice structure, its p ⁺ -region is equal to the width of the isotype heterojunction, the ratio of the thickness of the lattice layers of the metal and the dielectric of the control electrode is (5: 1) - (10: 1), and the ratio of the opening length the lattice to the stop length is in the range from 10 to 10 ³ , the goal is achieved - the power consumption is more than halved and the dimensions of the device are reduced by more than an order of magnitude. (56) U.S. Patent No. 2,913,632, cl. 318-101, 1975.

Патент США N 4994708, кл. 313-306 (Н 01 J 1/46), 19.02.1991. U.S. Patent 4,994,708, cl. 313-306 (H 01 J 1/46), 02/19/1991.

Заявка Японии N 61-46931, кл. Н 01 J 1/30, 1979. Japanese application N 61-46931, cl. H 01 J 1/30, 1979.

Claims

A MICROELECTRONIC VACUUM DEVICE containing a cold semiconductor cathode; the isotypic p - p ⁺ heterojunction; in this case, the ohmic contact of the isotypic p - p ⁺ heterojunction is made by a metal-insulator lattice structure, the p ⁺ region is equal to the width of the isotype junction, the p-region is 0.6 - 0.9 values of the diffuse carrier length in the p-region, the ratio of the concentrations of n and p-regions of the homojunction is 10 ² - 10 ⁴ , and the ratio of the length of the aperture of the cell grating to the thickness of the dividing cell of the wall is 10 - 10 ³ .