RU2069915C1

RU2069915C1 - Process of manufacture of secondary emission cathode

Info

Publication number: RU2069915C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Коржавый; В.И. Звонецкий; С.Д. Мирзоева; А.В. Шишков; Г.Н. Александрова
Original assignee: Научно-исследовательский институт материалов электронной техники
Priority date: 1990-12-29
Filing date: 1990-12-29
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: process is related to manufacture of SHF devices of medium capacity. Layer 2.0-3.0 μm thick is formed on surface of metal alloy Pd-Ba by method of ion-plasma deposition of film composition containing palladium and 20-22% of magnesium oxide and is subjected to high-temperature heating under pressure of residual gases not higher than 10^-4 Pa. EFFECT: improved operational efficiency of process. 1 tbl

Description

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления катодов приборов магнетронного типа, в которых существенное значение имеет высокое значение коэффициента вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) в области низких энергий первичных электронов (до 300 эВ). The invention relates to electronic equipment and can be used for the manufacture of cathodes of magnetron-type devices, in which the high value of the secondary electron emission coefficient (HECE) in the low-energy region of primary electrons (up to 300 eV) is essential.

Целью настоящего изобретения является повышение КВЭЭ в области низких энергий первичных электронов катодов типа металл-оксиды ЩЗМ. The aim of the present invention is to increase the HEEE in the low-energy region of the primary electrons of the cathodes of the metal-oxide type SchZM.

Для достижения поставленной цели предлагается на поверхности металлосплавного эмиттера Pd-Ba создать эмиссионно-активный слой толщиной 2-3 мкм путем ионно-плазменного напыления пленкой композиций, содержащей палладий и 20-22 мас. оксида магния. To achieve this goal, it is proposed to create an emission-active layer of a thickness of 2-3 μm on the surface of a Pd-Ba metal alloy emitter by ion-plasma spraying with a film of compositions containing palladium and 20-22 wt. magnesium oxide.

Высокие эмиссионные свойства такой системы могут быть достигнуты после прогрева при температуре 900-1000^oС в течение 1-2 ч. Именно такой интервал температур и времени активирования позволяет достичь цели изобретения - повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии в области энергий Ер-250 эВ до 5,6-6,0. Для сравнения: активированный по оптимальному режиму материал прототипа (температуры активирования 850^oС-1100^oС, время прогрева 0,5-4,0 ч) КВЭЭ₂₅₀ 2,5-3,0.High emission properties of such a system can be achieved after heating at a temperature of 900-1000 ^o C for 1-2 hours. It is this range of temperatures and activation time that allows to achieve the goal of the invention - to increase the secondary electron emission coefficient in the energy range of EP-250 eV to 5 , 6-6.0. For comparison: the prototype material activated according to the optimal mode (activation temperature 850 ^o С-1100 ^o С, warm-up time 0.5-4.0 h) KVEE ₂₅₀ 2.5-3.0.

Высокотемпературный прогрев эмиттера, изготовленного заявляемым способом следует проводить в вакуумной камере при давлении не более 10^-4 Па, т.к. при большем давлении остаточные газы оказывают существенное влияние на эмиссионный и фазовый состав поверхности эмиттера, а именно составом поверхностного слоя, в значительной мере, определяются эмиссионные параметры в области низких энергий первичных электронов.High-temperature heating of the emitter made by the claimed method should be carried out in a vacuum chamber at a pressure of not more than 10 ^-4 Pa, because at higher pressures, the residual gases have a significant effect on the emission and phase composition of the emitter surface, namely, the composition of the surface layer determines to a large extent the emission parameters in the low-energy region of the primary electrons.

При активировании эмиттера в диапазоне температур 900-1000^oС в течение 1-2 ч при давлении остаточных газов не более 10^-4 Па происходит диффузии бария из металлосплавного катода в напыленный слой, рекристаллизация и структурные изменения в напыленном слое.When the emitter is activated in the temperature range 900-1000 ^o C for 1-2 hours at a residual gas pressure of not more than 10 ^-4 Pa, barium diffuses from the metal alloy cathode into the sprayed layer, recrystallization, and structural changes in the sprayed layer.

В результате высокотемпературного прогрева на поверхности катода образуется эмиссионно-активный слой со сложной системой (MgO-Ba), обеспечивающий высокие вторично-эмиссионные свойства в области низких энергий первичных электронов. Прогрев рабочей поверхности катода при температурах более низких, чем 900^oС и в течение времени меньше 1 ч не приводит к достижению цели изобретения (повышение КВЭЭ в низкоэнергетической области) из-за недостаточного насыщения поверхностного слоя барием (низкие скорости диффузии).As a result of high-temperature heating, an emission-active layer with a complex system (MgO-Ba) is formed on the cathode surface, which provides high secondary-emission properties in the low-energy region of primary electrons. Warming up the cathode working surface at temperatures lower than 900 ^{° C.} and for a time of less than 1 h does not achieve the objective of the invention (increasing the HEEE in the low-energy region) due to insufficient saturation of the surface layer with barium (low diffusion rates).

При температурах выше 1000^oС наблюдается снижение КВЭЭ за счет увеличения скорости диссоциации оксидов и испарения ее продуктов.At temperatures above 1000 ^o C there is a decrease in HEEE due to an increase in the rate of dissociation of oxides and the evaporation of its products.

Напыление пленочной композиции с содержанием оксида магния 20-22 мас. обеспечивает высокие эмиссионные свойства катода в широком интервале температур. Эмиттеры с более низким процентным содержанием оксида магния имеют недостаточно высокий коэффициент вторичной электронной эмиссии. Введение больше 22 мас. оксида магния в пленку приводит к подзарядке поверхности катода при электронной бомбардировке и невозможности использования такого эмиттера в приборе. Spraying a film composition containing magnesium oxide 20-22 wt. provides high emission properties of the cathode in a wide temperature range. Emitters with a lower percentage of magnesium oxide do not have a high secondary electron emission coefficient. The introduction of more than 22 wt. magnesium oxide into the film leads to recharging of the cathode surface during electron bombardment and the inability to use such an emitter in the device.

Толщина эмиссионного слоя 2-3 мкм обеспечивает устойчивую работу катода при длительной электронной бомбардировке. При толщине слоя меньше 2 мкм, невозможно обеспечить стабильные эмиссионные свойства катода в процессе работы прибора. Увеличение толщины пленки свыше 3 мкм ведет к росту в ней внутренних напряжений, что приводит в процессе работы к растрескиванию пленки и к ухудшению ее адгезии. Подложку для напыления эмиссионного слоя изготавливают путем диффузионной сварки сплава Р Ва (заготовки в виде ленты толщиной 0,5 мм) с молибденовым керном. Использование такой подложки позволяет экономить драгметалл и в то же время получать эмиттеры с высокими эмиссионными свойствами при низких энергиях первичных электронов. The thickness of the emission layer of 2-3 μm ensures stable operation of the cathode during prolonged electron bombardment. When the layer thickness is less than 2 μm, it is impossible to ensure stable emission properties of the cathode during operation of the device. An increase in the film thickness above 3 μm leads to an increase in internal stresses in it, which leads to cracking of the film and deterioration of its adhesion during operation. The substrate for sputtering the emission layer is made by diffusion welding of an alloy R Ba (a workpiece in the form of a tape with a thickness of 0.5 mm) with a molybdenum core. The use of such a substrate allows one to save precious metal and at the same time to obtain emitters with high emission properties at low energies of primary electrons.

В предлагаемом способе изготовления вторично-эмиссионного катода, более высокие, по сравнению с прототипом, эмиссионные параметры КВЭЭ₂₅₀ - 5,6-6,0, (прототип: КВЭЭ₂₅₀ 2,5-3,0) достигаются за счет ионно-плазменного напыления слоя палладия, содержащего 20-22 мас. оксида магния на поверхность сплава Рd-Ва и прогревом в вакууме при давлении не выше 10^-4 Па. Авторы считают, что предлагаемый способ удовлетворяет требованиям критерия "существенные отличия".In the proposed method of manufacturing a secondary emission cathode, higher than the prototype, the emission parameters of KVEE ₂₅₀ - 5.6-6.0, (prototype: KVEE ₂₅₀ 2.5-3.0) are achieved by ion-plasma spraying a layer of palladium containing 20-22 wt. magnesium oxide on the surface of the alloy Pd-Ba and heating in vacuum at a pressure of not higher than 10 ^-4 PA. The authors believe that the proposed method meets the requirements of the criterion of "significant differences".

Пример конкретного использования. An example of a specific use.

Исходными материалами при изготовлении катода являются сплав Pd-Ba в виде ленты толщиной 0,5 мм и молибденовые пластины толщиной 1,5 мм. Сплав Pb-Ba приваривают к молибденовым кернам методом диффузионной сварки в вакууме по следующему режиму:
давление 1,2 кг/мм²
температура 1000^oC
время 0,5 ч
Затем поверхность сплава Pd-Ba шлифуется, полируется и обезжиривается. После этого на рабочую поверхность методом ионно-плазменного напыления наносится слой, содержащий палладий и 21 мас. оксида магния толщиной 2,5 мкм по режиму:
температура подложки 200^oC
напряжение мишени 2,5 кВ
давление аргона 1•10^-3 мм рт.ст.The starting materials in the manufacture of the cathode are Pd-Ba alloy in the form of a tape 0.5 mm thick and 1.5 mm thick molybdenum plates. The Pb-Ba alloy is welded to molybdenum cores by diffusion welding in vacuum according to the following mode:
pressure 1.2 kg / mm ²
temperature 1000 ^o C
time 0.5 h
Then the surface of the Pd-Ba alloy is ground, polished and degreased. After that, a layer containing palladium and 21 wt.% Is applied to the working surface by ion-plasma spraying. magnesium oxide 2.5 microns thick according to the regime:
substrate temperature 200 ^o C
target voltage 2.5 kV
argon pressure 1 • 10 ^-3 mm Hg

время 3 ч
затем катод прогревается при температуре 1000^oС в течение 1 часа в вакуумной камере при давлении остаточных газов не более 10^-4 Па. Аналогичным образом изготавливаются катоды на граничные и выходящие за граничные значения формулы изобретения.time 3 hours
then the cathode is heated at a temperature of 1000 ^o C for 1 hour in a vacuum chamber at a pressure of residual gases of not more than 10 ^-4 PA. Similarly, cathodes are produced for boundary and beyond the boundary values of the claims.

Эмиссионные параметры катодов, измеренные в экспериментальных ЭВП, приведены в таблице. Emission parameters of the cathodes measured in experimental EECs are shown in the table.

Образцы эмиттеров, изготовленные по предложенному способу, позволяют увеличить КВЭЭ в области низких энергий первичных электронов более, чем в 2 раза по сравнению с известными материалами. Применение предложенного способа в производстве вторично-эмиссионных катодов позволит создать новые и улучшить технические параметры известных ЭВП, а также получать покрытия, не подверженные растрескиванию и отслоению в процессе длительной работы. Samples of emitters made according to the proposed method, allow to increase the energy efficiency in the field of low energies of primary electrons more than 2 times in comparison with known materials. The application of the proposed method in the production of secondary emission cathodes will create new and improve the technical parameters of known EECs, as well as obtain coatings that are not susceptible to cracking and delamination during continuous operation.

Claims

A method of manufacturing a secondary emission cathode containing ion-plasma spraying on an emitter of a palladium-based layer with a thickness of 2 3 μm and heating at 900 1000 ^o C for 1 2 h, characterized in that, in order to increase the secondary electron emission coefficient in the low energies of primary electrons, palladium-barium alloy is used as emitters, which are mounted on a molybdenum root by diffusion welding, and an alloy containing 20 22 wt.% is used as a palladium-based alloy. magnesium oxide, and heating is carried out at a pressure of no higher than 10 ^-4 Pa.