SU404142A1 - Электронный эмиттер - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к эмиссионной катодной электронике и микроэлектронике и может быть иснользовано в электронных нриборах с фото- и вторичной электронной эмиссией , а также в качестве иенакаливаемых катодов в различных электронных и микроэлектронных устройствах.

Известны электронные эмиттеры с отрицательным сродством и эмиттеры гор чих электронов , основанные на ипжекции неравновесных носителей из контакта металл-полунроводник (диэлектрик) в тонкую металлическую пленку. Отрицательное сродство обычно создают за счет большого приноверхностного изгиба зон в дырочном полупроводнике (в сторону обогащени  электронами) и обработки поверхности полупроводника агентами (Cs Cs20 и пр.), сильно понижающими электронное сродство. Аналогична  обработка примен етс  также и при изготовлении эмиттеров гор чих электронов с целью новышени  коэффициента их прохождени  через тонкий слой металла.

Однако в случае известных эмиттеров не удаетс  эффективно управл ть величиной электронного сродства в нроцессе работы эмиттера.

Целью изобретени   вл етс  управление величиной электронного сродства в процессе работы эмиттера.

Дл  этого в качестве материала активного сло  иснользован сегнетоэлектрик, пол рна  ось которого ориентирована преимущественно по нормали к плоскости металлических электродов .

В сегнетоэлектронике, наход щемс  при температурах, мепьшнх температуры Кюри (Тс), в направлепии, параллельном пол рной оси, существует поверхностный изгиб зон, завис щий от те.мпературы и электрического пол . Он обусловлен избыточными поверхностными носител ми зар да (свободными или локализованными ), экранирующими спонтанную пол ризацию сегнетоэлектрика. Поскольку эта

пол ризаци  зависит от температуры и электрического пол , изменение температуры и пол  позвол ет контролировать поверхностную плотность зар да и, следовательно, приповерхностный изгиб зон.

Изобретение по снено чертежами.

На фиг. 1 приведена картина распределени  зар дов в сегнетоэлектрике; на фиг. 2 - приведена схема электронного эмиттера с трем  состо ни ми пол ризации; на фиг. 3 - схемы

устройств, в которых может быть реализована пол ризац  эмиттера. На фиг. 1 С - пол рна  ось кристалла, Р, - вектор спонтанной нол ризации и внутреннего электрического пол , ЕС - дно зоны проводимости, ES -

вершина валентной зоны, ,i - уровень Ферми,

Т - температура. Случаи а и б иллюстрируют отсутствие и наличие электрического равновеси  соответственно.

Величина спонтанной пол ризации дл  различных сегнетоэлектриков лежит в диапазоне 2-10 -3-10 к/см, что отвечает плотности поверхностныхзар дов«.,6-10 -

-2-Ю см . Следовательно, при полном экранировании спонтанной пол ризации посител ми зар да в монодомениом сегнетоэлектрике плотиость избыточных поверхностных зар дов должна лежать в указанных пределах.

Оценка соответствующего изгиба зон ср согласно формуле

ЕЛо

где е - зар д электрона, е - диэлектрическа  нроницаемость, По - концептраци  свободных носителей в сегнетоэлектрике,

показывает (дл  типичных «сегнетоэлектрических значений и Яо), что ф в данных услови х может даже превыплать ширину запрещенной зоны сегпетоэлектрика (т. е. несколько электронвольт).

При обработке поверхности сегнетоэлектрика (например Cs или Cs2O), понижающей поверхностный потенциальный барьер, возникает возможность эффективного регулировани  электронного сродства х в широких пределах за счет изменени  величины сегнетоэлектрической пол ризации под действием измепепий температуры, внешнего электрического пол  или ииых факторов.

Возможность регулировани  сродства можно иснользовать дл  реализации электронного эмиттера с двум  устойчивыми состо ни ми эмиссионным и антиэмиссионным, т. е. дл  реализации запоминающей эмиссионной структуры .

Область сегнетоэлектрического кристалла (фиг. 2) со сниженным электронным сродством дл  трех различных состо ний пол ризации обуславливаетс , например, различными значени ми пол ризующего пол , прикладывающегос  к сегнетоэлектрику параллельно С-сси.

В состо нии 1 вектор снонтанной пол ризации направлен слева-направо, а внешнее поле равно пулю. При этом реализуетс  случай максимальной (или близкой к ней) эмиссионной эффективности ().

Б состо нии 2 внешнее ноле несколько уменьшило спонтанную пол ризацию, электронное сродство , эмиссионна  эффективность нонизилась.

Состо ние 3 соответствует случаю, когда кристалл полностью перепол ризован внешним полем. Вектор пол ризации паправлен справа-налево, электронное сродство у., эмиссионна  эффективность минимальна. «Аптиэмиссионное состо ние 3 будет сохран тьс  до подачи пол , превышающего коэрцитивное, иавстречу новому нанравлению пол ризации. При этом, в зависимости от величипы этого

пол  вновь могут устаповитьс  состо ни  2 или 1.

Возможпо три способа электрической пол ризации эмиттера (фиг. 3). Устройства, в которых может быть реализована пол ризаци  эмиттера, содержат базовый .металлический контакт 4, сегнетоэлектрический кристалл 5, тонкий (несколько сот ангстрем) металлический , например золотой, электрод 6, вспомогательный контакт 7, внешний пол ризующий электрод 8 (могущий также служить анодом). Устройства работают от источника питани  с напр жением V.

В первом случае (фиг. 3 в) электрическое

поле подают на образец между электродами 4 и 7 за счет проводимости эмиттерующей грани кристалла А-А, индуцированной обработкой агентами, понижающими работу выхода (Cs) или слабым поверхностным легировапнем .

Дл  облегчени  условий пол ризации или перепол ризации на грань А-А можно также цанести мелкоструктурную металлическую сетку.

Во втором случае (фиг. 3 г) контакт обеспечивают на поверхности эмиттера А-А при помощи электрода б, прозрачного дл  эмиттируемых гор чих электронов. В третьем случае (фиг. 3 д) перенол ризаПИЯ при поверхностной области эмиттера происходит при проникновении внешнего пол , например в режиме автоэлектронпой эмиссии. Все три устройства могут запоминать эмиссионное состо ние.

Устройство, схема которого приведена на фиг. 3 г,  вл етс  новым типом эмиттера гор чих электронов, имеющим р д преимуществ по сравнению с известными эмиттерами. Эти преимущества св заны с возможност ми регулировани  BiiicoTbi контактного барьера на границе металл-сегнетоэлектрик за счет изменени  сегнетоэлектрической нол ризации, нолуче1п-1  высоких контактных барьеров, создани  запоминающих эмиссиопных устройств.

Эмиттер может быть использован также в качестве эмнттерной части-твердотельных и пленочных активных элементов с топкой металлической базой, работа которых основана на  влени х ирохождени  гор чих электронов

сквозь нлепки металлов.

Предмет изобретени 

Электронный эмиттер, содержащий базовый металлический электрод, расположенный па

нем активный слой, верхний металлический электрод, полностью или частично покрывающий поверхиость активного сло , и средство, ионижающее электронное сродство рабочей поверхности, отличающийс  тем, что, с целью

управлени  величиной электронного сродства в процессе работы эмиттера, в качестве материала активного сло  использован сегнетоэлектрик , пол риа  ось которого ориентирована преимущественно по нормали к плоскости

металлических электродов.

Т,-7,/Т,

2 с