RU2083019C1

RU2083019C1 - Cathode unit

Info

Publication number: RU2083019C1
Application number: RU93055225A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Валерьевич Будзиаловский; Владимир Семенович Засемков; Сергей Викторович Ивченко; Игорь Анатольевич Новик
Original assignee: Вячеслав Валерьевич Будзиаловский; Владимир Семенович Засемков; Сергей Викторович Ивченко; Игорь Анатольевич Новик
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1997-06-27

Abstract

FIELD: electronic engineering; autoelectronic-emission devices. SUBSTANCE: cathode unit has field-effect emitter and gate electrode separated by insulating layer; electrodes are switched over through low-voltage switch. EFFECT: simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к автоэмиссионным источникам электронов. The invention relates to electronic equipment, in particular to field emission sources of electrons.

Наиболее близким к изобретению является автоэлектронный катод, эмитирующий поверхностью которого служит удаленный от диэлектрической подложки торец проводящий пленки, при этом под диэлектрической подложной вблизи эмитирующего торца катода расположена проводящая пленка, подсоединенная к положительному полюсу источника напряжения [1]
Эта конструкция характеризуется недостаточной надежностью и долговечностью из-за излишне высоких управляющих напряжений, соизмеримых с рабочим напряжением, усложненной конструкцией и снижением технологичности изготовления за счет дополнительного между эмиттером и вспомогательным электродом диэлектрического слоя с узким диапазоном возможных в использовании материалов, не достаточной стабильностью работы при изменениях в широком диапазоне рабочих напряжений и в связи с этим ограниченным диапазоном применения.Closest to the invention is an autoelectronic cathode, the emitting surface of which is the end face of the conductive film remote from the dielectric substrate, while a conductive film connected to the positive pole of the voltage source is located under the dielectric substrate near the emitting end of the cathode [1]
This design is characterized by insufficient reliability and durability due to unnecessarily high control voltages commensurate with the operating voltage, complicated design and a decrease in manufacturability due to the additional dielectric layer between the emitter and the auxiliary electrode with a narrow range of materials that can be used, not enough stability when changing in a wide range of operating voltages and in connection with this limited range of applications.

Цель изобретения расширение возможностей применения катодного узла, повышение технологичности изготовления, надежности, долговечности и стабильности работы. The purpose of the invention is the expansion of the application of the cathode assembly, improving the manufacturability, reliability, durability and stability.

Цель достигается тем, что в катодном узле, содержащем полевой эмиттер и управляющий электрод, разделенные диэлектрическим слоем, согласно изобретению управляющий электрод и полевой эмиттер выполнены скоммутированными через низковольтный ключ. The goal is achieved by the fact that in the cathode assembly containing a field emitter and a control electrode separated by a dielectric layer, according to the invention, the control electrode and the field emitter are switched through a low voltage switch.

Сопоставленный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием коммутации через низковольтный ключ управляющего электрода и полевого эмиттера. A comparison of the proposed invention with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of switching through a low-voltage switch of the control electrode and the field emitter.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна". Thus, the proposed device meets the criterion of "novelty."

Сравнение предлагаемого изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". Comparison of the proposed invention not only with the prototype, but also with other technical solutions did not reveal the features that distinguish the proposed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion is "inventive step".

На чертеже представлена конструкция катодного узла с полевым эмиттером 1, управляющим электродом 2, разделенным диэлектрическим слоем 3 и скоммутированным через ключ 4, коллектор электронов 5. The drawing shows the design of the cathode assembly with a field emitter 1, a control electrode 2, separated by a dielectric layer 3 and switched through a key 4, an electron collector 5.

Катодный узел может быть изготовлен по тонкопленочной технологии с выполнением полевого эмиттера 1 из любого тугоплавкого проводящего материала, например вольфрама, молибдена, углерода, скоммутированного посредством внешней цепи через низковольтный ключ 4 с управляющим электродом 2, который выполняется из проводящего материала, например, алюминия или меди, диэлектрический слой 3 формируется, например, из моноокиси кремния или диоксида кремния. Низковольтный ключ выполняется на базе быстродействующего транзистора. The cathode assembly can be manufactured by thin-film technology with the implementation of a field emitter 1 of any refractory conductive material, for example tungsten, molybdenum, carbon, switched by means of an external circuit through a low-voltage switch 4 with a control electrode 2, which is made of a conductive material, for example, aluminum or copper , the dielectric layer 3 is formed, for example, of silicon monoxide or silicon dioxide. The low-voltage switch is based on a high-speed transistor.

Катодный узел работает следующим образом. The cathode assembly operates as follows.

При приложении рабочего напряжения между полевым эмиттером 1 и коллектором электронов 5 при разомкнутом положении ключа 4 на кромке полевого эмиттера за счет искажения линий электрического поля возникают условия, достаточные для автоэлектронной эмиссии, а именно напряженность электрического поля, превышающая 10⁷ В/см, что инициирует поток электронов от полевого эмиттера 1 к коллектору электронов 5.When the operating voltage is applied between the field emitter 1 and the electron collector 5 with the key 4 open, on the edge of the field emitter, due to distortion of the electric field lines, conditions arise that are sufficient for field emission, namely, the electric field strength exceeding 10 ⁷ V / cm, which initiates electron flow from field emitter 1 to electron collector 5.

При замыкании низковольтного ключа 4 управляющий электрод 2 и полевой эмиттер 1 электрически соединяются, при этом их потенциал выравнивается, что равнозначно дискретному изменению форм-фактора катодного узла. Известно, что форм-фактор пропорционален отношению активных площадей автоэлектронного катода и коллектора электронов и в автоэлектронной эмиссии имеет решающее значение [2,3] Таким образом, при замыкании ключа изменение форм-фактора катодного узла приводит к уменьшению напряженности поля на кромке полевого эмиттера, что, в свою очередь, приводит к снижению или полному прекращению потока электронов от полевого эмиттера 1 к коллектору 5. When the low-voltage switch 4 is closed, the control electrode 2 and the field emitter 1 are electrically connected, while their potential is equalized, which is equivalent to a discrete change in the form factor of the cathode assembly. It is known that the form factor is proportional to the ratio of the active areas of the field-emission cathode and electron collector and in field emission is crucial [2,3] Thus, when the key is closed, a change in the form factor of the cathode node leads to a decrease in the field strength at the edge of the field emitter, which , in turn, leads to a decrease or complete cessation of the electron flow from the field emitter 1 to the collector 5.

Применение катодного узла в сравнении с известными конструкциями позволяет расширить возможности применения за счет дополнительного множества приборов, где ранее для управления высокими рабочими напряжениями могли применяться только высоковольтные ключи, позволяет повысить надежность, долговечность и стабильность работы катодного узла за счет работы ключа в условиях низких токов напряжений независимо от величины рабочих токов и напряжений катодного узла. The use of the cathode assembly in comparison with the known constructions allows expanding the possibilities of application due to an additional set of devices where previously only high-voltage switches could be used to control high operating voltages, it allows to increase the reliability, durability and stability of the cathode assembly due to the operation of the switch at low voltage currents regardless of the magnitude of the operating currents and voltages of the cathode assembly.

Кроме того, достигается повышение технологичности изготовления с одновременным снижением стоимости изготовления приборов, связанные с доступностью и не столь жесткими требованиями к физическим параметрам материалов для изготовления катодного узла. In addition, an increase in manufacturability of production is achieved with a simultaneous reduction in the cost of manufacturing devices associated with the availability and not so stringent requirements for the physical parameters of materials for the manufacture of the cathode assembly.

Claims

A cathode assembly comprising a field emitter and a control electrode separated by a dielectric layer, characterized in that the control electrode and the field emitter are connected through a low voltage switch.