RU2653847C1 - Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом - Google Patents

Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом Download PDF

Info

Publication number
RU2653847C1
RU2653847C1 RU2017101614A RU2017101614A RU2653847C1 RU 2653847 C1 RU2653847 C1 RU 2653847C1 RU 2017101614 A RU2017101614 A RU 2017101614A RU 2017101614 A RU2017101614 A RU 2017101614A RU 2653847 C1 RU2653847 C1 RU 2653847C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
grid
emission
field
film
Prior art date
Application number
RU2017101614A
Other languages
English (en)
Inventor
Василий Иванович Шестеркин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз")
Priority to RU2017101614A priority Critical patent/RU2653847C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2653847C1 publication Critical patent/RU2653847C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вакуумным электронным устройствам, в том числе к вакуумным устройствам СВЧ-диапазона, использующим в качестве источников тока автоэмиссионные катоды. Технический результат- повышение эмиссионной способности катода, надежности работы катодно-сеточного узла электронного устройства и улучшение качества электронного потока путем уменьшения угла эмиссии с вершины автоэмиттера. Катодно-сеточный узел содержит автоэмиссионный катод в форме иглы с большим аспектным отношением геометрических размеров и управляющую сетку из токопроводящего материала с отверстиями. Управляющая сетка отделена от катода вакуумным зазором. При этом поверхность сетки и поверхности, образующие отверстия сетки, покрыты пленкой из диэлектрического материала. При подаче на управляющую сетку положительного относительно катода напряжения, соответствующей началу автоэлектронной эмиссии с катода, электроны с боковой поверхности вблизи вершины острия оседают на участки сетки, покрытые пленкой из диэлектрического материала, и сообщают ей отрицательный заряд. Отрицательный заряд пленки уменьшает напряженность электрического поля на боковой поверхности автоэмиссионного катода и ограничивает эмиссию с тех участков, с которых электроны попадали на сетку. В результате угол эмиссии с вершины острия уменьшается до значений, когда весь ток катода без потерь проходит в отверстие в сетке. По мере стекания заряда с пленки диэлектрика ее потенциал повышается, что приводит к восстановлению эмиссии с боковой поверхности автоэмиттера и оседанию электронов на участки сетки, покрытые пленкой диэлектрика. Отрицательный заряд пленки вновь возрастет, что приводит к ограничению эмиссии с боковой поверхности острия, и т.д. Данный процесс динамический, саморегулируемый и устанавливается при отсутствии токоперехвата на сетку. 2 ил.

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вакуумным электронным устройствам, в том числе к вакуумным устройствам СВЧ-диапазона, использующим в качестве источников тока автоэмиссионные катоды.
Известна конструкция катодно-сеточного узла (КСУ), содержащая множество ячеек, каждая из которых образована автоэмиссионным катодом и отверстием в управляющей сетке, через которое электроны с катода поступают в область электронной пушки и далее в пространство взаимодействия [H.J. Kim, W.B. Seo, J.J. Choi, J-h. Han and J-B Yoo. Beam Emission Test in Carbon Nanotube Cathode if a Gridded Gun. IVEC-2006. P. 479-480. Monterey]. В данной конструкции КСУ управляющая сетка размещена над поверхностью автоэмиссионного катода. Главным недостатком данной конструкции является большой (более 36%) перехват катодного тока перемычками управляющей сетки при геометрической прозрачности сетки 72%. Основная доля тока сетки эмитирована с участков катода, расположенных напротив перемычек сетки. Часть тока с участков катода напротив отверстий сетки оседает на цилиндрической поверхности, образующей ее отверстия. Кинетическая энергия электронов, перехваченных сеткой, переходит в тепловую энергию, за счет которой повышается температура сетки и, как следствие, возрастает десорбция газов с перемычек сетки, инициирующая пробои в цепи катод-сетка, приводящие к необратимому уменьшению эмиссии катода.
Известна также конструкция КСУ, в которой устранен прямой перехват тока с поверхности катода напротив перемычек сетки [Н.А. Бушуев, О.Е. Глухова, Ю.А. Григорьев, Д.В. Иванов, А.С. Колесникова, А.А. Николаев, П.Д. Шалаев, В.И. Шестеркин Исследование эмиссионных характеристик многолучевой электронной пушки с автоэмиссионным катодом из стеклоуглерода // ЖТФ, 2016, том 86, вып. 2, с. 134-139]. Острия под перемычками сетки были удалены электроискровым способом.
Однако перехват тока катода цилиндрической поверхностью сетки, ограничивающей ее отверстие, в данной конструкции не устранен. Это связано с тем, что автоэмиссионный катод имеет форму цилиндра с плоской вершиной, которая размещена внутри отверстия сетки. Максимальная напряженность поля, а соответственно и максимальная плотность автоэмиссионного тока имеет место на периферии плоской вершины цилиндрического катода, и ток с данной поверхности оседает на поверхности сетки, образующей ее отверстие. В данной конструкции КСУ ток сетки достигает 70% от тока катода и вызывает (как и в предыдущей конструкции) пробои и необратимое снижение эмиссии катода.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является конструкция КСУ [Vasily I. Shesterkin. Large-sized field-emission cells with high aspect ratio of tip sizes made of carbon glass composed of electron guns for microwave devices // 11th Internationale Vacuum Electron Sources Conference. IVESC - 2016. Seoul. Korea. 2016. PP. 119-120], в которой перехват тока сеткой уменьшен за счет применения катода в форме иглы с закругленной вершиной и аспектным отношением ~1000. В данной конструкции максимальное значение плотности тока реализуется на вершине иглы и уменьшается по ее поверхности от вершины иглы к ее основанию. Однако одновременно с все большим снижением плотности тока с боковой поверхности острия при перемещении от вершины иглы возрастает площадь эмиссии с заданным значением плотности тока. Снизить перехват тока сеткой более чем до 10% от величины тока катода не представляется возможным.
Известно, что для инициирования вакуумного пробоя между любыми электродами электровакуумного прибора необходима газовая среда, которая может поставляться в объем с электродов при их бомбардировке электронным потоком [А.Г. Месяц, Д.И. Проскуровский. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск: Изд-во «Наука». Сибирское отделение, 1984 г.]. Для повышения надежности работы КСУ необходимо использовать все доступные способы, в том числе и конструктивные, для уменьшения напряжения между электродами, а также для уменьшения напряжения на сетке в КСУ.
Известно, что увеличение аспектного отношения (отношение высоты автоэмиттера к его радиусу кривизны вершины) позволяет достигать необходимой для автоэмиссии величины напряженности электрического поля при меньших значениях напряжения на сетке. Так, например, аспектное отношение для углеродных нанотрубок может достигать значения порядка 103 и даже выше, что открывает возможность разработки нового поколения электровакуумных приборов, отличающихся пониженным значением напряжения [А.В. Елецкий. Холодные полевые эмиттеры на основе углеродных нанотрубок // 2010. УФН. Том. 180. №9. С. 899].
Задачей настоящего изобретения является повышение эмиссионной способности катода, надежности работы катодно-сеточного узла электронного устройства и улучшение качества электронного потока путем уменьшения угла эмиссии с вершины автоэмиттера.
Поставленная задача решается тем, что катодно-сеточный узел содержит автоэмиссионный катод в форме иглы с большим аспектным отношением геометрических размеров и управляющую сетку из токопроводящего материала с отверстиями. Управляющая сетка отделена от катода вакуумным зазором. При этом поверхность сетки и поверхности, образующие отверстия сетки, покрыты пленкой из диэлектрического материала.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 представлена единичная ячейка КСУ. Позициями на фиг. 1 обозначено:
1 - автоэмиссионный катод;
2 - сетка с отверстием;
3 - пленка диэлектрика;
4 - линии равных потенциалов (эквипотенциали);
5 - траектории электронов;
6 - угол эмиссии (α1).
Ячейка катодно-сеточного узла содержит автоэмиссионный катод (1), управляющую сетку (2), пленку из диэлектрического материала (3), нанесенную на поверхность сетки (2), линии равного потенциала (4), траектории электронов (5), стартующих с поверхности автоэмиссионного катода, и (6) - максимальный угол эмиссии электронов с вершины автоэмиссионного катода. Длина линий траекторий электронов пропорциональна плотности тока с соответствующего участка поверхности катода.
На фиг. 2 показано влияние отрицательного заряда пленки диэлектрика на напряженность поля боковой поверхности острия в единичной ячейке КСУ. Позициями на фиг. 2 обозначено:
1 - катод;
2 - сетка;
3 - пленка диэлектрика;
4 - электрические заряды;
5, 6, 7 - эквипотенциали при отсутствии отрицательного заряда;
5', 6', 7' - эквипотенциали при наличии отрицательного заряда;
α2 - угол эмиссии.
Катодно-сеточный узел работает следующим образом.
В рабочем состоянии на сетку подают напряжение Uc, положительное относительно потенциала катода Uк. Следовательно, Uc>Uк. При подаче напряжения на управляющую сетку эмиссия электронов начинается на вершине острия, где величина напряженности электрического поля максимальна. При увеличении напряжения на сетке напряженность поля на вершине острия возрастает (что приводит к увеличению тока автоэлектронной эмиссии), а на кольцевой области острия, прилегающей к вершине, достигает порогового для начала автоэлектронной эмиссии значения. При дальнейшем увеличении напряжения на сетке пороговое значение напряженности электрического поля, соответствующее началу автоэлектронной эмиссии, перемещается по поверхности от вершины острия к его основанию. Угол эмиссии (α1) все больше возрастает и достигает некоторого критического значения, при котором электроны начинают перехватываться сеткой. Пленка диэлектрика приобретает отрицательный заряд, который уменьшает напряженность электрического поля на поверхности катода. На фиг. 2 влияние отрицательного заряда пленки диэлектрика на напряженность поля боковой поверхности острия иллюстрируется перемещением эквипотенциалей от поверхности острия к сетке (направление перемещения эквипотенциалей показано стрелками). Удаление эквипотенциалей тем больше, чем больший отрицательный заряд приобретает пленка диэлектрика вследствие оседания тока на его поверхность.
В результате уменьшения напряженности электрического поля до критического значения и ниже эмиссия электронов, оседающих на сетку с данных участков, прекращается. Угол автоэлектронной эмиссии (α2) уменьшается до величины, когда весь ток катода покидает ячейку без оседания на диэлектрическую пленку. Отрицательный заряд с пленки постепенно стекает, а напряженность электрического поля между поверхностью катода и сеткой постепенно возрастает до величины, соответствующей началу автоэлектронной эмиссии. Ток с данного участка снова достигает поверхности сетки и снова заряжает пленку диэлектрика отрицательным зарядом, который вновь ограничивает эмиссию с поверхности катода. Данный процесс токооседания на сетку и зарядки пленки диэлектрика, ограничивающий перехват тока сеткой, динамический и саморегулируемый. Критерием саморегуляции является отсутствие перехвата тока сеткой.

Claims (1)

  1. Катодно-сеточный узел, содержащий автоэмиссионный катод в форме иглы с большим аспектным отношением геометрических размеров и управляющую сетку из токопроводящего материала с отверстиями, отделенную от катода вакуумным зазором, отличающийся тем, что поверхность сетки и поверхности, ограничивающие отверстия в сетке, покрыты пленкой из диэлектрического материала.
RU2017101614A 2017-01-18 2017-01-18 Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом RU2653847C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017101614A RU2653847C1 (ru) 2017-01-18 2017-01-18 Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017101614A RU2653847C1 (ru) 2017-01-18 2017-01-18 Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2653847C1 true RU2653847C1 (ru) 2018-05-15

Family

ID=62152712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017101614A RU2653847C1 (ru) 2017-01-18 2017-01-18 Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653847C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2231859C2 (ru) * 2002-02-18 2004-06-27 ООО "Высокие технологии" Электронная пушка
WO2009005908A2 (en) * 2007-05-22 2009-01-08 Nantero, Inc. Triodes using nanofabric articles and methods of making the same
US20090203282A1 (en) * 2006-06-13 2009-08-13 Tseung-Yuan Tseng Gate controlled field emission triode and process for fabricating the same
RU2586119C1 (ru) * 2015-01-12 2016-06-10 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Катодно-сеточный узел с углеродным автоэмиссионным катодом

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2231859C2 (ru) * 2002-02-18 2004-06-27 ООО "Высокие технологии" Электронная пушка
US20090203282A1 (en) * 2006-06-13 2009-08-13 Tseung-Yuan Tseng Gate controlled field emission triode and process for fabricating the same
WO2009005908A2 (en) * 2007-05-22 2009-01-08 Nantero, Inc. Triodes using nanofabric articles and methods of making the same
RU2586119C1 (ru) * 2015-01-12 2016-06-10 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Катодно-сеточный узел с углеродным автоэмиссионным катодом

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
11 th Internationale Vacuum Electron Sources Conference, IVESC - 2016, Seoul Korea, 2016, c. 119-120. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104094377B (zh) 用于产生空心阴极电弧放电等离子体的装置
US3374386A (en) Field emission cathode having tungsten miller indices 100 plane coated with zirconium, hafnium or magnesium on oxygen binder
US20180226782A1 (en) Passive compound strong-ionization discharging plasma lightning rejection device
CN102427015A (zh) 一种聚焦型冷阴极x射线管
Kumar et al. Experimental investigation of a 1 kA/cm2 sheet beam plasma cathode electron gun
Batalin et al. Electron-beam enhancement of the metal vapor vacuum arc ion source
CN103095268A (zh) 一种可控进气的大电流高压触发开关
RU2653847C1 (ru) Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом
RU107657U1 (ru) Форвакуумный плазменный электронный источник
RU2581833C1 (ru) Источник электронов с автоэлектронным эмиттером и рентгеновская трубка с таким источником электронов
Ryabchikov Emission properties of broad‐beam vacuum arc ion sources
CN202332778U (zh) 一种聚焦型冷阴极x射线管
RU2644416C2 (ru) Катодно-сеточный узел с автоэмиссионным катодом из углеродного материала
US3139552A (en) Charged particle gun with nonspherical emissive surface
RU2686454C1 (ru) Катодно-сеточный узел с пространственно-развитым аксиально-симметричным автоэмиссионным катодом
JP4414114B2 (ja) 蛍光表示管及びその駆動方法並びに駆動回路
RU2651584C2 (ru) Электронная пушка с автоэмиссионным катодом
GB727759A (en) Direct-viewing electronic storage tubes
RU2306683C1 (ru) Плазменный электронный источник
Variale et al. Secondary electrons problem study in beam energy recovery for fusion: Experimental apparatus
CN110379690B (zh) 采用射频激励场发射电子束的冷阴极电子枪
US9105434B2 (en) High current, high energy beam focusing element
US20060163996A1 (en) Field emitters and devices
Bushuev et al. Multibeam electron gun with gated carbon nanotube cathode
RU181037U1 (ru) Автоэмиссионная электронная пушка со сходящимся ленточным пучком

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200119