SU1075326A1

SU1075326A1 - Process for shaping emitting surface of autoelectronic cusp cathode

Info

Publication number: SU1075326A1
Application number: SU823514422A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Жуков; Дмитрий Михайлович Паутов; Сергей Александрович Полежаев
Original assignee: Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича
Priority date: 1982-11-23
Filing date: 1982-11-23
Publication date: 1984-02-23

Abstract

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭМИТТИРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ АВТОЭЛЕКТРОННОГО ОСТРИЙНОГО КАТОДА , включающий операцию погружени закрепленной на держателе заготовки в каплю электролита, размещенную на электроде, и подачу на заготовку рабочего напр жени , отличающийс тем, что, с целью увеличени плотности эмиссионного тока и уменьщени угловой расходимости электронного пучка, заготовку погружают в каплю электролита снизу так, чтобы верхний мениск капли оставалс целостным. а (ЛMETHOD FOR FORMING emitting surface of field-electron point cathode, comprising the step of immersing fixed on the holder blank into the electrolyte drop placed on the electrode, and feeding the workpiece the operating voltage, characterized in that, in order to increase the emission current density and umenscheni angular divergence of the electron beam, the blank immersed in a drop of electrolyte from below so that the upper meniscus of the drop remains holistic. a (L

Description

Изобретение относитс к электронной технике, в частности к способам формировани эмиттирующей пов.ерхностИ катодов острийного типа.The invention relates to electronic engineering, in particular, to methods for forming an emitting surface of pointed cathodes.

Известен способ формировани эмиттирующей поверхности острийного катода, заключающийс в погружении заготовки в электролит и подаче на заготовку рабочего напр жени 1.A known method of forming the emitting surface of a point cathode, which consists in immersing the preform in the electrolyte and applying to the preform a working voltage 1.

В этом способе формирование эмиттирующей поверхности осуществл етс при электрохимическом перетравливании боковой поверхности заготовки, которое происходит вблизи границы воздух-электролит. При этом область травлени достаточно велика вследствие зат гивани электролита на заготовку капилл рными силами и газо .выделени . Поэтому угол конуса при верщине катодов, полученных способом, принципиально не может превыщать 10°.In this method, the formation of the emitting surface is carried out by electrochemical re-etching of the side surface of the workpiece, which occurs near the air-electrolyte interface. At the same time, the etching area is rather large due to the electrolyte being drawn on the preform by capillary forces and gas release. Therefore, the angle of the cone when the cathodes obtained by the method are not fundamentally larger than 10 °.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ формировани ;эмиттирующей поверхности острийного катода, заключающийс в п-огружении закрепленной на держателе заготовки в каплю электролита, размещенную на электроде, причем направление движени конца заготовки совпадает с направлением силы т жести, а оба мениска капли оказываютс нарушенными, и подаче на заготовку рабочего напр жени . Формирование эмиттирующей поверхности по известному способу происходит-в объеме капли. При этом нижн , по отнощению к капле часть заготовки не может быть использована в качестве катода из-за того, что в процессе травлени она должна находитьс в свободном состо нии (т.е. на нее не должны действовать никакие силы, кроме собственной т жести) и ее отделение определ ет момент окончани электрохимического травлени в капле 2.The closest to the invention is the method of forming; the emitting surface of the pointed cathode, which consists in p-immersion fixed on the holder of the workpiece in an electrolyte drop placed on the electrode, the direction of movement of the end of the workpiece coincides with the direction of the force of gravity, and both meniscus drops appear to be disturbed, and the filing for the preparation of the working voltage. The formation of the emitting surface by a known method occurs in the volume of the drop. In this case, the lower part of the blank with respect to the drop cannot be used as a cathode due to the fact that during the etching process it must be in a free state (i.e., no forces should act on it except its own gravity ) and its separation determines the end of the electrochemical etching in the drop 2.

Недостатки известного способа заключаютс в невозможности получени высоких плотностей тока эмиссии и больщой расходимости электронного пучка вследствие малости конуса при вершине острийного катода , что св зано с достаточно большой длиной участка заготовки, подвергающегос травлению. Длина этого участка определ етс толщиной капли, которую невозможно сделать очень тонкой, капилл рным зат гиванием электролита на заготовку, что ведет к дополнительному увеличению длины трав щей области, а также неблагопри тным распределением электрического пол в области дравлени . Все это приводит к тому , чтоверхн часть перетравленной заготовки (готовое острие), закрепленна на дужке-держателе, имеет меыьщий угол конуса , чем нижн , котора не может быть использована.The disadvantages of this method are the impossibility of obtaining high emission current densities and a large divergence of the electron beam due to the smallness of the cone at the tip of the pointed cathode, which is associated with a sufficiently large length of the portion of the workpiece being etched. The length of this area is determined by the drop thickness, which cannot be made very thin, by capillary drawing of the electrolyte onto the workpiece, which leads to an additional increase in the length of the pickling area, as well as by the unfavorable distribution of the electric field in the treatment area. All this leads to the fact that the top part of the etched workpiece (ready tip), fixed on the handle-holder, has a smaller cone angle than the lower one, which cannot be used.

Целью изобретени вл етс увеличение плотности ээмиссионного тока и уменьшение угловой расходимости электронного пучка .The aim of the invention is to increase the density of the emission current and decrease the angular divergence of the electron beam.

Дл достижени указанной цели согласно способу формировани эмиттирующей, поверхности автоэлектронного острийногО; катода, включающем операцию погружени закрепленной на держателе заготовки в каплю электролита, размещенную на электроде, и подачу на заготовку рабочего напр жени , заготовку погружают в каплю электролита снизу так, чтрбы верхний мениск капли оставалс целосным.To achieve this goal, according to the method of forming the emitting surface of an autoelectronic tip; the cathode, which includes the operation of immersing the preform fixed to the holder in a drop of electrolyte placed on the electrode and supplying the working voltage to the workpiece; the workpiece is immersed in the electrolyte drop from below so that the upper drop meniscus remains complete.

0 На чертеже показана схема устройства дл реализации способа при различных стади х.0 The drawing shows a diagram of an apparatus for implementing the method at various stages.

Заготовка 1 (стади а) закреплена на держателе 2. На электроде 3 расположена капл 4 электролита с менисками 5 и 6.The workpiece 1 (stage a) is fixed on the holder 2. On the electrode 3 is located a drop of 4 electrolyte with meniscus 5 and 6.

5 К электроду 3 и заготовке 1 (при помощи дужки-держател 2) от источника 7 подаетс рабочее напр жение. Направление силы т жести указано стрелкой 8. Заготовку 1, закрепленную на дужке-держателе 2, погруQ жают в каплю электролита 4, размещенную на электроде 3, таким образом, что направление движени конца заготовки 1 противоположно направлению силы т жести 8. Конец заготовки 1 разрущает мениск 6 капли 4 и погружаетс в нее так, что мениск 5 кап5 ли 4, наход щийс сверху по отношению к заготовке 1, остаетс целостным (стади б). После этого на заготовку 1 от источника 7 подают рабочее напр жение. Начинаетс постепенное стравливание материала заготовки 1 и образование конуса на погружен-;5 To the electrode 3 and the workpiece 1 (by means of the holder-holder 2), the working voltage is supplied from the source 7. The direction of the force of gravity is indicated by the arrow 8. The preform 1, attached to the handle-holder 2, is dipped into a drop of electrolyte 4 placed on the electrode 3, so that the direction of movement of the end of the preform 1 is opposite to the direction of the gravity force 8. The end of the preform 1 destroys the meniscus 6 of the drop 4 and is immersed in it so that the meniscus 5 drops to 4, which is above in relation to the workpiece 1, remains integral (step b). After that, the workpiece is supplied to the workpiece 1 from the source 7. Gradually, the material of the workpiece 1 is bled out and a cone is formed on the submerged one;

0 ной в каплю 4 ее части (стади в). Образующиес при травлении газы выдел ютс через целостный мениск 5 и не вли ют на образующийс угол конуса. По мере образовани конуса зона смачивани постепенно уменьшаетс до тех пор, пока не происхо5 дит разрыв тонкой щейки электролита на вершине остри (стади 2). При этом электрическа цепь автоматически разрываетс и процесс травлени прекращаетс ;4 drops into 4 parts of it (stage c). The gases formed during etching are released through the holistic meniscus 5 and do not affect the resulting cone angle. As the cone forms, the wetting zone gradually decreases until the thin electrolyte cheek at the tip of the point breaks (stage 2). In this case, the electrical circuit is automatically broken and the etching process is stopped;

Предлагаемый способ получени эмит0 тирующей поверхности был реализован при изготовлении острийного вольф мовогд катода с радиусом вершины 6,310 мм ц углом конуса при вершине 60°. При этом в качестве электролита использовалс раст вор NaOH 2%-ной концентрации, капл 4 которого помещалась в отверстие диаметром 3 мм электрода 3, изготовленного из никелевой пластины. Заготовка 1 (диаметр 510 мм) закрепл лась на вольфрамовой дужке (диаметр 10 мм). Заготовка 1 углуб л лась в каплю 4 на 1,5 мм. От источника 7 на чейку травлени подавалось переменное напр жение 4 В, обеспечивающее оптимальную плотность ионного тока.The proposed method of obtaining an emitting surface was implemented in the manufacture of a pointed wolfhorn cathode with a radius of apex of 6.310 mm and a cone angle at the apex of 60 °. At the same time, the electrolyte was a NaOH solution of 2% concentration, droplets 4 of which were placed in a hole with a diameter of 3 mm of electrode 3 made of a nickel plate. Billet 1 (diameter 510 mm) was fixed on a tungsten shackle (diameter 10 mm). The preform 1 went deeper into 4 by 1.5 mm. From source 7, an alternating voltage of 4 V was applied to the etch cell, which ensured an optimal ion current density.

Предлагаемый способ формироэани эмиттирующей поверхности позвол т Я 9лу5 чать остри с углом конуса при вершине до 120° в зависимости от глубины погружени заготовки в каплю электролита. Радиус закруглени верщины острН зависит от ма1териала заготовки, состава, и концентрации электролита, от режима травлени .The proposed method of forming the emitting surface allows I 9 to cut tips with a cone angle at the apex of up to 120 °, depending on the depth of the workpiece in the electrolyte drop. The radius of rounding of the tip sharply depends on the material of the workpiece, the composition, and the concentration of the electrolyte, on the mode of etching.

Предлагаемый способ по сравнению с известными имеет р д преимуществ, которые заключаютс в том, что дл катодов с большим углом конуса улучшаетс теплоотвод с рабочего кончика остри , что позвол ет повысить плотность отбираемого эмиссионно|:п ) тока и, следовательно, получить большие абсолютные значени тока; уменьшаетс углова расходимость электронного пучка; ;упрощаетс получение катодов с большимиThe proposed method, compared with the known ones, has a number of advantages in that for cathodes with a large cone angle the heat removal from the working tip of the spike is improved, which makes it possible to increase the density of the selected emission |: n) current and, therefore, to obtain large absolute values current; the angular divergence of the electron beam is reduced; It is easier to obtain cathodes with large

радиусами закруглени вершины, что необходимо дл создани острийиых катодов, работающих при больших напр жени х (сотни киловольт).radii of apex, which is necessary for creating sharp cathodes operating at high voltages (hundreds of kilovolts).

Острийные катоды с сформированной согласно предлагаемому способу эмиттирующей поверхностью и огут найти применение дл получени сильноточных электронных пучков, в растровых электронных микроскопах , в автоэлектронных и автоионных проекторах дл исследовани различных физических процессов на поверхности катода и т.п.Acute cathodes with an emitting surface formed according to the proposed method and can be used to produce high-current electron beams, in scanning electron microscopes, in autoelectronic and auto-ion projectors for studying various physical processes on the cathode surface, etc.

Claims

METHOD FOR FORMING AN EMIGRING SURFACE OF A AUTOELECTRONIC ACUTE CATHODE, comprising the step of immersing a workpiece fixed on a holder in an electrolyte drop placed on an electrode and supplying a working voltage to the workpiece, characterized in that, in order to increase the density of the emission current and reduce the angular divergence of the electron beam, into a drop of electrolyte from below so that the upper meniscus of the drop remains integral.

SU „1075326>

1075326