RU2225654C2 - Автотермоэлектронный катод - Google Patents
Автотермоэлектронный катод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2225654C2 RU2225654C2 RU2002105539/09A RU2002105539A RU2225654C2 RU 2225654 C2 RU2225654 C2 RU 2225654C2 RU 2002105539/09 A RU2002105539/09 A RU 2002105539/09A RU 2002105539 A RU2002105539 A RU 2002105539A RU 2225654 C2 RU2225654 C2 RU 2225654C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tip
- metal
- cathode
- work function
- reservoir
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности к изготовлению автотермоэлектронных катодов, которые могут быть использованы в электронно-оптических системах. Техническим результатом изобретения является обеспечение высоких значений отбираемого тока эмиссии в течение более 1000 ч. Катод выполнен в виде острия из иридия, на котором в виде кольца расположен интерметаллид Ir2La. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электронной технике, а конкретно к катодам, работающим в режиме термоавтоэлектронной эмиссии. Такие катоды, обладающие высокой плотностью эмиссионного тока, широко используются, например, в электронно-оптических системах электронной литографии и микроскопии.
Одним из самых распространенных конструкций таких катодов являются катоды, выполненные в виде острия. Материал этих острий должен обладать малой работой выхода и возможностью изготавливать их с малым радиусом скругления для обеспечения высокой напряженности прикладываемого электрического поля.
Известен автотермоэлектронный катод (АТЭК) в виде острия из металлоподобного соединения - гексаборида лантана, закрепленного на держателе, нагреваемом пропусканием через него электрического тока [1]. Гексаборид лантана достаточно устойчив при работе в относительно невысоком вакууме (10-6-10-7 Торр) и обладает сравнительно высокой эмиссионной способностью (работа выхода 2,7-2,8 эВ).
Но АТЭК из гексаборида лантана обладает существенными недостатками. Из гексаборида лантана очень трудно изготовить острия с радиусом скругления меньше 1-1,5 мкм, а это значит, что трудно обеспечить высокие плотности отбираемого эмиссионного тока, для повышения его приходится увеличивать рабочую температуру, а при длительной же работе при высоких рабочих температурах катода (1300-1400oС) держатель его, выполняемый, как правило, из молибдена, охрупчивается и, соответственно, может ухудшиться механическая прочность катодного узла. Стабильность работы АТЭК из гексаборида лантана невысока.
Известен АЭТК, острие которого выполнено из сплава платины с барием [2].
Сплав обладает высокой эмиссионной способностью, что обусловлено пленочным характером эмиссии: при рабочих температурах катода на поверхности платины образуется монослой бария, диффундирующий из интерметаллида Pt5 Ba, содержащегося в сплаве. Металлическое острие в таком АТЭК можно выполнить с очень малым радиусом скругления (0,3-0,4 мкм), но количество активного вещества Ba в объеме такого острия будет очень мало (1-2%), поскольку барий в платине не растворяется, а образует с платиной интерметаллическое соединение.
Таким образом, недостатком АТЭК, выполненного из сплава платины с барием, является невозможность создать в нем достаточный запас активного вещества, необходимого для обеспечения приемлемой долговечности катода.
Известен АТЭК, выполненный в виде острия из тугоплавкого металла и резервуара, содержащего активный металл, работа выхода которого меньше работы выхода металла острия, и размещенного на боковой поверхности острия на расстоянии от вершины острия, сравнимом с длиной миграции активного металла по металлу острия [3, прототип]. В АТЭК [3] острие выполнено из W (следовательно, радиус скругления можно сделать очень малым), а резервуар выполнен в виде кольца из Zr, нанизанного на острие. Работы выхода вольфрама и циркония равны 4,54 и 3,9 эВ, соответственно. В процессе работы АТЭК атомы циркония, покидая кольцо, мигрируют по поверхности вольфрамового острия, покрывая его моноатомным слоем, снижающим работу выхода до величины 2,7 эВ, указанной в [3]. В описании патента [3] отмечено также, что цирконий при рабочей температуре АТЭК должен промигрировать до вершины острия, чтобы создать пленочную эмиссионную структуру Zr-W. Это значит, что резервуар циркония - кольцо должно быть размещено на вполне определенном расстоянии от вершины острия, сравнимом с длиной миграции при заданной температуре. Зная теплоту миграции и величину заданной температуры, это расстояние легко может быть вычислено. По порядку величины это расстояние от вершины острия до места закрепления резервуара составляет несколько десятков мкм.
Этот принцип динамического поддержания высокой эмиссионной активности металлического эмиттера за счет миграции на его поверхность активного металла из постороннего источника использован и в предложенном техническом решении.
Недостатком известного катода [3] является его низкая эмиссионная способность.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эмиссионной способности и стабильности АТЭК, основанного на принципе поддержания эмиссионной системы за счет миграции активного металла на острие из внешнего резервуара.
Технический результат достигается за счет того, что в АТЭК, выполненном в виде острия из тугоплавкого металла и резервуара, содержащего активный металл, работа выхода которого меньше работы выхода металла острия, и размещенного на боковой поверхности острия на расстоянии от вершины острия, сравнимом с длиной миграции активного металла по металлу острия, острие выполнено из иридия, а резервуаром является слой интерметаллида Ir2La.
Выполнение острия из тугоплавкого металла Ir позволяет обеспечить очень малый радиус скругления, а наличие на боковой поверхности резервуара с активным металлом La обеспечит поставку этого лантана на поверхность иридия, необходимого для создания и поддержания работы эмиссионной системы La-Ir, обладающей низкой работой выхода. Резервуаром в нашем техническом решении является достаточно устойчивое соединение Ir2La, которое при рабочей температуре острия диссоциирует с выделением активного металла - La, обладающего меньшей, чем металл острия, работой выхода и, следовательно, необходимого эмиссионной системе La-Ir.
Подобный принцип работы пленочных систем с поставкой активного металла из интерметаллида справедлив для ряда металлосплавных термоэлектронных и вторичноэмиссионных эмиттеров, широко используемых в технике электровакуумных приборов. Но в этих типах катодов при их сравнительно больших габаритах поставка активного металла на поверхность эмиттера осуществляется изнутри объема сплава. В настоящем техническом решении при малых габаритах острия La поступает на рабочую поверхность не изнутри острия, а из внешнего источника - резервуара Ir2La, размещенного на боковой поверхности острия на заданном от вершины расстоянии.
Изобретение иллюстрируется фиг.1, на которой обозначены: иридиевое острие 1, резервуар интерметаллида 2, держатель 3, нагревая который пропусканием тока обеспечивают нагрев АТЭК до заданной рабочей температуры. Внешне термоэмиттер напоминает обыкновенный карандаш, укрепленный стоймя на держателе. Роль "грифеля" в этом "карандаше" выполняет Ir, а наружной оболочки - интерметаллид Ir2La.
В качестве примера реализации предложенной конструкции рассмотрим вариант катода, исходным для которого была иридиевая проволока диаметром 50 мкм. Сначала изготавливалась заготовка с концом, заостренным до радиуса скругления в несколько мкм. Затем заготовка выдерживалась в парах лантана при температуре 1400-1500oС до образования на боковой поверхности слоя интерметаллида Ir2La толщиной 5-6 мкм. Получение именно Ir2La вследствие такой технологии подтверждено методом рентгенофазового анализа. После этого конец заготовки стравливали электрохимически до радиуса скругления 0,3-0,4 мкм, обнажая таким образом центральную часть заготовки - острие 1 и оставляя на наружной поверхности оболочку Ir2La, являющуюся резервуаром 2. Острие приваривали стоймя к держателю 3 из молибдена.
Проведенные испытания показали, что предложенный катод работал более 1000 часов при температуре 1000-1100oС с отбором тока до 20-30 мА в непрерывном режиме и до 300-400 мА в импульсном. Подобные данные для АТЭК представляются уникальными.
Предложенное решение, вообще говоря, применимо ко всем металлосплавным эмиссионным системам, которые имеют интерметаллические включения, но АТЭК на основе иридия с лантаном имеет преимущества, поскольку иридий хорошо обрабатывается, для него известны недорогие травители, а эмиссионная система (моноатомная пленка лантана на иридии) обладает низкой работой выхода (2,5-2,6 эВ) и достаточно устойчива при рабочих температурах катода.
Источники информации
1. S. Kawai and oth., патент США 4055780, кл. 313-346 R, 1977.
1. S. Kawai and oth., патент США 4055780, кл. 313-346 R, 1977.
2. Ю. В. Зубенко, Н.П. Есаулов. Исследование сплава платина-барий в автоэлектронном микроскопе. - Физика твердого тела, т. ХII, 3, с.852-855, 1970.
3. J. E. Wolfe, L. W. Swanson, патент США 4325000, кл. 313-336, 1982 (прототип).
Claims (1)
- Автотермоэлектронный катод, выполненный в виде острия из тугоплавкого металла и резервуара, содержащего активный металл, работа выхода которого меньше работы выхода металла острия, и размещенного в виде кольца на расстоянии от вершины острия, сравнимом с длиной миграции активного металла по металлу острия, отличающийся тем, что острие выполнено из иридия, а кольцо из интерметаллида Ir2La.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002105539/09A RU2225654C2 (ru) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Автотермоэлектронный катод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002105539/09A RU2225654C2 (ru) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Автотермоэлектронный катод |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002105539A RU2002105539A (ru) | 2003-09-10 |
RU2225654C2 true RU2225654C2 (ru) | 2004-03-10 |
Family
ID=32390250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002105539/09A RU2225654C2 (ru) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Автотермоэлектронный катод |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2225654C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528982C2 (ru) * | 2011-08-24 | 2014-09-20 | Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") | Магнетрон с запускающими эмиттерами на концевых экранах катодных узлов |
-
2002
- 2002-02-28 RU RU2002105539/09A patent/RU2225654C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528982C2 (ru) * | 2011-08-24 | 2014-09-20 | Открытое акционерное общество "Плутон" (ОАО "Плутон") | Магнетрон с запускающими эмиттерами на концевых экранах катодных узлов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7129513B2 (en) | Field emission ion source based on nanostructure-containing material | |
US7997950B2 (en) | Field emission electron source having carbon nanotubes and method for manufacturing the same | |
US7448931B2 (en) | Method for manufacturing carbon nanotube field emission device | |
US7470353B2 (en) | Method of manufacturing field emitter electrode using self-assembling carbon nanotubes and field emitter electrode manufactured thereby | |
US5729094A (en) | Energetic-electron emitters | |
US8039042B2 (en) | Low voltage electron source with self aligned gate apertures, fabrication method thereof, and luminous display using the electron source | |
US6359378B1 (en) | Amplifier having multilayer carbon-based field emission cathode | |
Matsumoto et al. | Ultralow biased field emitter using single-wall carbon nanotube directly grown onto silicon tip by thermal chemical vapor deposition | |
US8029328B2 (en) | Method for manufacturing field emission electron source having carbon nanotubes | |
KR20030035918A (ko) | 전자방출원용 카본 나노튜브 및 그의 제조방법 | |
JP3939452B2 (ja) | 電子放出素子及びその製造方法 | |
KR20140118017A (ko) | 전자방출소자 및 그 제조방법 | |
JP4658490B2 (ja) | 電子源及びその製造方法 | |
JPH11111158A (ja) | 電子銃 | |
CN101105488A (zh) | 逸出功的测量方法 | |
RU2225654C2 (ru) | Автотермоэлектронный катод | |
JP2000100317A (ja) | 電界電子放出装置 | |
JP2004107162A (ja) | カーボンファイバー、カーボンファイバーを有する電子放出素子および画像表示装置の製造方法 | |
JP3554238B2 (ja) | 冷陰極 | |
US6882098B2 (en) | Cold cathode electron source | |
JP2001250468A (ja) | 電界電子放出装置およびその製造方法 | |
RU2590897C1 (ru) | Автоэмиссионный элемент с катодами на основе углеродных нанотрубок и способ его изготовления | |
JP2009026710A (ja) | 電界放出型電子銃およびそれを用いた電子線応用装置 | |
WO2011033989A1 (ja) | 電子源、電子源の製造方法及び電子放出方法 | |
US20080169745A1 (en) | Low voltage electron source with self aligned gate apertures, fabrication method thereof, and luminous display using the electron source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170301 |