RU2161840C2 - Автоэмиссионный триод - Google Patents
Автоэмиссионный триод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161840C2 RU2161840C2 RU97106916/09A RU97106916A RU2161840C2 RU 2161840 C2 RU2161840 C2 RU 2161840C2 RU 97106916/09 A RU97106916/09 A RU 97106916/09A RU 97106916 A RU97106916 A RU 97106916A RU 2161840 C2 RU2161840 C2 RU 2161840C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grid
- cathode
- emission
- field
- anode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронике, а именно к вакуумным триодам, позволяющим коммутировать большие токи малыми напряжениями. В предлагаемом автоэмиссионном триоде, содержащем анод, автоэмиссионный катод и расположенную между ними управляющую сетку, катод выполнен в виде нанокристаллического алмазного эмиттера, имеющего порог эмиссии порядка 2 - 6 В/мкм, а зазор D между катодом и анодом и напряжение U выбираются так, чтобы поле на катоде было достаточным для работы автоэмиссионного катода, что делает возможным выполнение управляющей сеткой функций запирающей сетки. Технический результат заключается в уменьшении рассеяния электронов сеточным полем, упрощении технологических требований к параметрам сетки за счет снижения сеточного тока, повышении эффективности управляемых сеткой катодолюминесцентных источников света за счет подавления эмиссии под нитями сетки, а также облегчения управляемости полным током эмиссии. Использование предлагаемого холодно-эмиссионного катода в плоских эмиссионных дисплеях также позволит снизить управляющее напряжение, уменьшить расфокусировку электронного пучка (сетка отталкивает электроны), увеличить ресурс катода, т.к. сетка снизит поток ионов остаточного газа, бомбардирующих катод. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области электроники, а именно к вакуумным триодам, позволяющим коммутировать большие токи малыми напряжениями.
Известны традиционные вакуумные триоды [1] с термоэмиссионным катодом. Именно термоэмиссионные катоды обеспечивают режим работы, когда на сетку подается запирающее по отношению к движению термоэмиссионных электронов напряжение.
В автоэмиссионном триоде [2], содержащем анод, автоэмиссионный катод, в данной конструкции выполненный микроострийным, и расположенную между ними управляющую сетку, и являющемся наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, использование запирающего напряжения невозможно, т.к. в этом случае между сеткой и анодом возникает большая напряженность электрического поля, что может привести к паразитной эмиссии с поверхности сетки. Поэтому все холодно-эмиссионные триоды управляются ускоряющим полем сетки, т.е. напряженность поля анод - катод не остаточна для появления эмиссии и на сетку подается положительное по отношению к катоду напряжение, величина которого такова, что вызывает полевую эмиссию с поверхности катода, как правило, микроострийного. Такая схема управления имеет определенные недостатки, т.к. часть электронов может быть перехвачена сеткой, что вызовет паразитный сеточный ток. Кроме того, сетка должна иметь максимально большую прозрачность, а диаметр отверстий сетки должен быть существенно меньше расстояния сетка - катод. Все эти недостатки обусловлены традиционными материалами катода, которые имеют порог эмиссии порядка или более 100 В/мкм.
Предлагаемое изобретение позволяет ликвидировать указанные недостатки.
Технической задачей является создание автоэмиссионного триода с запирающей сеткой.
Технический результат заключается в уменьшении рассеяния электронов сеточным полем, упрощении технологических требований к параметрам сетки за счет снижения сеточного тока, повышении эффективности управляемых сеткой катодолюминесцентных источников света за счет подавления эмиссии под нитями сетки, а также облегчении управляемости полным током эмиссии.
Сами по себе нанокристаллические алмазные пленки известны [3], но не все они обладают высокими эмиссионными параметрами, в частности низким порогом эмиссии. В предлагаемом автоэмиссионном триоде, содержащем анод, автоэмиссионный катод и расположенную между ними управляющую сетку, катод выполнен в виде нанокристаллического алмазного эмиттера, имеющего порог эмиссии порядка 2-6 В/мкм, зазор D между катодом и анодом и напряжение U выбираются так, чтобы поле на катоде было достаточным для работы автоэмиссионного катода, при этом управляющая сетка выполняет роль запирающей сетки.
Отверстия в управляющей сетке могут быть выполнены с расширением к аноду.
Нанокристаллические алмазные эмиттеры, созданные по специальным технологиям, имеют порог эмиссии порядка 2-6 В/мкм [4]. Использование таких катодов в триодной конструкции делает возможным выполнение управляющей сеткой функций запирающей сетки. Однако до настоящего времени такие конструкции не были известны, хотя они обладают целым рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с прототипом [2].
В этом случае сеточный ток предельно мал, а требования к сетке существенно ниже по сравнению со случаем, когда управляющая сетка является ускоряющей.
Конструкция холодно-эмиссионного катода с запирающей сеткой позволит повысить эффективность управляемых сеткой катодолюминесцентных источников света за счет подавления эмиссии под нитями сетки и снижения тока на сетку, а также облегчит управляемость полным током эмиссии.
Использование предлагаемого холодно-эмиссионного катода в плоских эмиссионных дисплеях также позволит снизить управляющее напряжение, уменьшить расфокусировку электронного пучка (сетка отталкивает электроны), увеличить ресурс катода, т.к. сетка снизит поток ионов остаточного газа, бомбардирующих катод.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема термоэмиссионного триода; на фиг. 2 распределение потенциала между электродами триода; на фиг. 3 и 4 - распределение электрического поля в режиме запирания для различных геометрических размеров системы; на фиг. 5 - распределение электрического поля над центром катода.
Предлагаемая конструкция автоэмиссионного триода, изображенная на фиг. 1, содержит катод 1, анод 2 с зазором между ними, равным D, управляющую сетку 3 толщиной H, выполненную с отверстиями 4. диаметром h и расположенную с зазором, равным d, между ней и катодом 1. Катод 1 и анод 2 подсоединены к источнику питания 5. Управляющая сетка 3 соединена с катодом 1 через ключ 6. Катод 1 выполнен в виде нанокристаллического алмазного эмиттера.
На фиг. 2 показано распределение потенциала при разомкнутом ключе 6 - линия 7, и распределение потенциала при замыкании ключа 6 - линия 8.
Зазор, равный D, и напряжение U выбираются так, чтобы поле E=U/D было достаточным для работы автоэмиссионного катода 1, т.е. порядка 10 В/мкм. Управляющая сетка 3 устанавливается с зазором от катода, равным d. Напряжение коммутации, которое должен выдерживать ключ 6, определяется как u= Ud/D.
При разомкнутом ключе 6 управляющая сетка 3 автоматически приобретает потенциал, при котором поле сетка-катод равно полю анод-катод - линия 7. При замыкании ключа поле сетка-катод становится равным нулю и эмиссия прекращается - линия 8.
Реальная картина более сложная. Результаты численного расчета распределения электрического поля в режиме запирания для различных геометрических размеров системы представлены на фиг. 3 и 4.
На фиг. 3 представлено распределение электрического поля (Ez - ось ординат) вдоль катода (R - ось абсцисс) при различных напряжениях на сетке: при нулевом напряжении - линия 9, при напряжении, равном -250 В, - линия 10, при напряжении, равном 250 В, - линия 11. При этом напряжение на аноде равно 20 кВ, на катоде равно 0 В, расстояние между катодом и анодом - 1000 мкм, расстояние между катодом и сеткой - 50 мкм, толщина сетки - 50 мкм, диаметр отверстия сетки - 300 мкм.
На фиг. 4 представлено распределение электрического поля (Ez - ось ординат) вдоль катода (R - ось абсцисс) при различных напряжениях на сетке: при нулевом напряжении - линия 12, при напряжении, равном -80 В, - линия 13, при напряжении, равном 80 В, - линия 14. При этом напряжение на аноде равно 20 кВ, на катоде равно 0 В, расстояние между катодом и анодом - 1000 мкм, расстояние между катодом и сеткой - 16 мкм, толщина сетки - 0,5 мкм, диаметр отверстия сетки - 50 мкм.
На фиг. 5 представлена зависимость электрического поля (Ez - ось ординат) в центре катода от отношения диаметра отверстия сетки к сумме размера зазора между катодом и сеткой и толщиной сетки (h/(d+H) - ось абсцисс) при разных напряжениях на сетке: при нулевом напряжении - линия 15, при напряжении, равном 250 В, - линия 16, при напряжении, равном -250 В, - линия 17. При этом напряжение на аноде равно 20 кВ, на катоде равно 0 В, расстояние между катодом и анодом D=1000 мкм, расстояние между катодом и сеткой d=50 мкм, толщина сетки H=50 мкм.
Представленные на фиг. 3 зависимости отражают режим, близкий к режиму лампы, а представленные на фиг. 4, - к режиму эмиссионного дисплея.
При проведении моделирования предполагалось, что порог эмиссии катода 6 -7 В/мкм, а максимально допустимое поле 12 В/мкм, что соответствует реально существующим алмазным катодам.
Как видно из представленных зависимостей, предложенная схема хорошо работает и позволяет управлять током при напряжениях на сетке 100 - 300 В.
Зависимости напряжения над центом катода позволяет вычислить геометрические характеристики сетки, требуемые для каждого конкретного катода.
Проникновение электрического поля через отверстие в сетке увеличивается для расширяющегося к аноду отверстия по сравнению со случаем вертикальных стенок отверстия. Это связано с увеличением минимального отношения h/(d+H) (фиг. 5). Так, для угла расширения отверстия в 45o максимальное поле у катода увеличивается на 30% в соответствии с изменением минимального отношения h/(d+H) от 3 до 4 (для параметров триода в случае, отображенном на фиг.3).
Источники информации
1. Л.Н. Добрецов, М.В. Гомоюнова. "Эмиссионная электроника", М.: Наука, 1966, стр.117.
1. Л.Н. Добрецов, М.В. Гомоюнова. "Эмиссионная электроника", М.: Наука, 1966, стр.117.
2. I.Brodie, P.R.Schwoebel, Proceedins of the IEEE, 1994, v.82, n.7, p. 1006.
3. S. Sattel, J. Robertson, Z. Tass et. al., "Formation of nanocrystalline diamond by hydrocarbon plasma beam deposition", Proceedings of 7 European Conf. Diamond'96, Diamond and Related Materials, v. 6, 1997, p.255.
4. A. T. Rakhimnov, B. V. Seleznev, N.V.Suetin et al. Applications of Diamond Films and Related Material: 3-rd International Conf., Gaithersburg, MD, USA, 1995, NISTIR 5692, Supplement to NIST Special Publication 885, p. 11s.
Claims (2)
1. Автоэмиссионный триод, содержащий анод, автоэмиссионный катод и расположенную между ними управляющую сетку, отличающийся тем, что автоэмиссионный катод выполнен в виде нанокристаллического алмазного эмиттера, имеющего порог эмиссии порядка 2-6 В/мкм, зазор D между катодом и анодом и напряжение U выбирают так, чтобы поле на катоде было достаточным для работы автоэмиссионного катода, при этом управляющая сетка выполняет роль запирающей сетки.
2. Автоэмиссионный триод по п.1, отличающийся тем, что отверстия в управляющей сетке выполнены с расширением к аноду.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97106916/09A RU2161840C2 (ru) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | Автоэмиссионный триод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97106916/09A RU2161840C2 (ru) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | Автоэмиссионный триод |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97106916A RU97106916A (ru) | 1999-04-27 |
RU2161840C2 true RU2161840C2 (ru) | 2001-01-10 |
Family
ID=20192428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97106916/09A RU2161840C2 (ru) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | Автоэмиссионный триод |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2161840C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7585360B2 (en) | 2001-08-30 | 2009-09-08 | Tadamasa Fujimura | Stable aqueous suspension liquid of finely divided diamond particles, metallic film containing diamond particles and method of producing the same |
RU2581833C1 (ru) * | 2014-12-12 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" | Источник электронов с автоэлектронным эмиттером и рентгеновская трубка с таким источником электронов |
RU2680347C1 (ru) * | 2018-04-28 | 2019-02-19 | Сергей Николаевич Веревкин | Полевой триод |
-
1997
- 1997-04-18 RU RU97106916/09A patent/RU2161840C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BRODIE I. SCHWOEBEL P.R. Proceedins of the IEEE, 1994, V. 82, n.7, p. 1006. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7585360B2 (en) | 2001-08-30 | 2009-09-08 | Tadamasa Fujimura | Stable aqueous suspension liquid of finely divided diamond particles, metallic film containing diamond particles and method of producing the same |
US7927390B2 (en) | 2001-08-30 | 2011-04-19 | Tadamasa Fujimura | Stable aqueous suspension liquid of finely divided diamond particles, metallic film containing diamond particles and method of producing the same |
US8172916B2 (en) | 2001-08-30 | 2012-05-08 | Tadamasa Fujimura | Stable aqueous suspension liquid of finely divided diamond particles, metallic film containing diamond particles and method of producing the same |
RU2581833C1 (ru) * | 2014-12-12 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" | Источник электронов с автоэлектронным эмиттером и рентгеновская трубка с таким источником электронов |
RU2680347C1 (ru) * | 2018-04-28 | 2019-02-19 | Сергей Николаевич Веревкин | Полевой триод |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gilmour Jr et al. | Klystrons, traveling wave tubes, magnetrons, crossed-field amplifiers, and gyrotrons | |
US4684848A (en) | Broad-beam electron source | |
CA1072913A (en) | Device for providing high-intensity ion or electron beam | |
EP0185074B1 (en) | Radial geometry electron beam controlled switch utilizing wire-ion-plasma electron source and such a source | |
EP0151588B1 (en) | Electron emission system | |
RU2161840C2 (ru) | Автоэмиссионный триод | |
US6693282B1 (en) | Particle-optical apparatus including a particle source that can be switched between high brightness and large beam current | |
US2229766A (en) | Cathode-ray tube | |
US3903450A (en) | Dual-perveance gridded electron gun | |
US4553064A (en) | Dual-mode electron gun with improved shadow grid arrangement | |
Alton | High‐intensity, heavy negative ion sources based on the sputter principle | |
US2842703A (en) | Electron gun for beam-type tubes | |
US2659024A (en) | Velocity modulated tube of the reflex type | |
RU2714692C1 (ru) | Способ бессеточной модуляции пучка в свч-приборах о-типа | |
DE69936929D1 (de) | Elektronenhohlstrahl-schaltröhre mit hoher spannungsfestigkeit und stromregelung | |
Orloff | Thermal field emission for low voltage scanning electron microscopy | |
US2237065A (en) | Cathode ray tube | |
EP3933881A1 (en) | X-ray source with multiple grids | |
US8492978B2 (en) | Dual element switched electron gun | |
US3912930A (en) | Electron beam focusing system | |
Wang et al. | 300 kV DC High Voltage Photogun With Inverted Insulator Geometry and CsK₂sb Photocathode | |
SU1145383A1 (ru) | Источник ионов | |
Scrivens | Electron and ion sources for particle accelerators | |
Broers et al. | High brightness limited area cathodes | |
Keller et al. | Ion sources and implantation systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060419 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070310 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080419 |