UA39823C2 - Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією - Google Patents
Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією Download PDFInfo
- Publication number
- UA39823C2 UA39823C2 UA99074321A UA99074321A UA39823C2 UA 39823 C2 UA39823 C2 UA 39823C2 UA 99074321 A UA99074321 A UA 99074321A UA 99074321 A UA99074321 A UA 99074321A UA 39823 C2 UA39823 C2 UA 39823C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- tip
- cathode
- microprotrusion
- field
- field emission
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 26
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 abstract description 2
- 241001442654 Percnon planissimum Species 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 3
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- -1 neon ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003121 nonmonotonic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією може бути використаний у приладах з локалізованою електронною автоемісією, наприклад, у високо розрізняльних емісійних мікроскопах. Спосіб складається з електрохімічного травлення вістря із вольфрамового дроту з осьовою текстурою, формування атомно-гладкої поверхні вершини вістря, створення у атмосфері пари неону на вершині вістря мікровиступу шляхом подання на вістря потенціалу і випарування мікровиступу в електричному полі до отримання на вершині вістря емітуючого комплексу. Мікровиступ створюють при потенціалі на вістрі, який забезпечує щільність струму автоелектронів, що дорівнює (2..1010-5.1011)А/м2 протягом часу t=k/(JP), де J - щільність струму електронів у початковий момент створення мікровиступу; Р - тиск пари неону; k - коефіцієнт пропорційності, який дорівнює (2,2-3,0)1011 сПаА/м2, що дозволяє підвищити відтворюваність конфігурації робочої частини автоемітера та збільшення продуктивності.
Description
Опис винаходу
Винахід належить до способів виготовлення електронних автоемітерів, які використовують у приладах з 2 локалізованою електронною автоемісією, наприклад, у високорозрізняльних польових емісійних мікроскопах та сильнострумових джерелах електронів.
Для збільшення розрізняльної здатності автоемісійних приладів і одержання коліміруваних електронних пучків необхідні джерела електронів з локалізацією автоемісії на невеликій області емітера (Ж.І. Дранова,
В.Ф. Зеленський, І.М. Михайловський, В.О. Стратієнко і В.К. Хоренко, АС СРСР Мо 727048. 1977, Н 01 у 9/02) (11. 70 Відомий спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією шляхом нанесення на монокристалічне вістря з атомно-гладкою поверхнею, заздалегідь сформованою низькотемпературним польовим випаруванням або високотемпературною термообробкою, тонкої плівки речовини з підвищеною емісійною здатністю і подальшої термообробки вістря (патент США Мо 3.374.386, кл. 313-346, опубл. 1968) |21.
Локалізації емісії досягають за рахунок того, що у процесі термообробки речовина плівки локалізується на 12 визначених гранях. Недоліком такого способу є невисока локалізація емісії, яка пов'язана з тим, що розмір емітуючої області звичайно перевищує десятки ангстрем, а також недостатня термічна стабільність виготовленого емітера.
Відомий спосіб виготовлення автоемітера з локалізованою емісією шляхом електрохімічного травлення та наступного іонного травлення, який полягає в тому, що монокристалічну або текстуровану осесиметричну заготовку (наприклад, дротяну) піддають електрохімічному травленню до сформування конічної вершини, а потім іонному травленню шляхом опромінення прискореними іонами інертних газів, одночасно обертаючи її навколо осі (Віедеївеп О.К., Ропсе РБГ.А., Тгатопіапа .).5. Аррі. РПпуз. Гей. 1989. 2540. Р. 1223) |З). При цьому формується атомно-гладка поверхня вістря. За допомогою цього способу вдається досягнути локалізації емісії близко до атомної Недоліком цього способу є низька продуктивність: час виготовлення одного автоемітера с 29 складає декілька годин. Ге)
Найбільш близьким до пропонованого винаходу технічним рішенням є спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією, який включає електрохімічне травление вістря з вольфрамового дроту з осьовою текстурою, формування атомногладкої поверхні вершини вістря, створення у атмосфері неону на вершині вістря мікровиступу шляхом подання на вістря потенціалу і випарування мікровиступу в електричному о полі до отримання на вершині вістря емітуючого комплекса (Ріпк Н.МУ. ІВМ 9. Кез. ЮОемеїІор. 1986, М.30, Р.460) |41. с
Формування відбувається в умовах високого або надвисокого вакууму і контролюється за допомогою польового емісійного мікроскопа. со
Цей спосіб дозволяє виготовити автоемітер з більш високою локалізацією емісії, ніж спосіб (2 ефективним ду джерелом є група із декількох атомів на плоскій кристалографічній грані; у порівнянні із способом |З) 3о відтворність виготовлення автоемітера у способі |4| вище. о
Недолік способу |4| пов'язаний з неможливістю одночасного досягнення високої відтворності і продуктивності тону, що висока відтворність геометричних параметрів автоемітера забезпечується тільки в умовах надвисокого вакууму (тиск нижчий 10-/Па), що обумовлює низьку продуктивність. Продуктивність « способу обмежується часом, необхідним для забезпечення надвисокого вакууму у процесі термообробки. При -о 79 проведенні термопольової обробки у технічному вакуумі (тиск вище 107 Па) атоми залишкових газів не с контрольовано впливають на протікання поверхневих дифузійних процесів і формування мікровиступу, що :з» обумовлює низьку відтворність конфігурації робочої частини автоемітера.
В основу винаходу поставлена задача у способі виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою 415 емісією, шляхом створення мікровиступу з визначеною геометрією, підвищити відтворність конфігурації робочої с частини автоемітера і добитися збільшення продуктивності способу.
Поставлена задача вирішується у способі, який складається з електрохімічного травлення вістря із іс), вольфрамового дроту з осьовою текстурою, формування атомно-гладкої поверхні вершини вістря, створення в о атмосфері неону на вершині вістря мікровиступу шляхом подання на вістря потенціалу і випарування мікровиступу в електричному полі до отримання на вершині вістря емітуючого комплексу. Згідно з винаходом ко мікровиступ створюють при потенціалі на вістрі, який забезпечує щільність струму автоелектронів 2... 1019 - сю З. 1011А/м2 протягом часу ї - КДОР), де У - щільність струму електронів у початковий момент створення мікровиступу; Р - тиск пари неону; К - коефіцієнт пропорційності, який дорівнює (2.2 - 3.0)10!"Пад/м?.
Суть винаходу пояснюється так. 29 Підчас розробки цього винаходу було встановлено, що при бомбардуванні іонами неону автоемітера, який
ГФ! працює у автоелектронному режимі, залежність від щільності струму .) величини 1/У(а9/4О, де ї - час опромінення, має немонотонний характер. Відносна швидкість зміни величини струму має максимум, висота о якого зростає із збільшенням тиску неону, проте положення максимуму відносно щільності електричного струму залишається практично незмінним від зразка до зразка і знаходиться в інтервалі 5 . 1010 - 1011А/м2, Якщо 60 замінити неон іншими газами, такими як гелій, водень або аргон, зміни струму і мікрогеометрії поверхні автоемітера мали невідтворний характер. Використання пари неону забезпечує підвищення відтворності і продуктивності способу.
Встановлено, що радіаційно-стимулююче загострення автоемітера супроводжується зміною конфігурації його вершини. Аналіз еволюції топографії поверхні, яка спостерігається при пошаровому випаруванні зразків, бо показує, що в процесі бомбардування робоча (напівсферична) частина автоемітерів трансформується в осесиметричну поверхню, яка уявляє собою параболоїд, сполучений з напівсферою радіусом, що залежить від часу обробки, та є суттєво меншин головного радіусу кривини біля вершини параболоїду.
Наявність осьової текстури забезпечує можливість створення мікровиступу безпосередньо у центрі вістря.
Відсутність осьової текстури дроту веде до виникнення мікровиступу поза осі вістря, що знижує відтворність електронно-оптичних характеристик. Суттєво, що реалізація цього способу, в відповідності з винаходом (Ж..
Дранова, І.М. Михайловський і В.Б. Кулько, АС СРСР Мо 358737, 1972, Н 01 у 1/30) І5), не потребує створення умови надвисокого вакууму. Це визначає високу продуктивність пропонованого способу. |(онне бомбардування автоемітера при потенціалі на вістрі, який забезпечує щільність струму автоелектронів, що дорівнює (2 0 1079 -- 70.5 0 101) А/м2, протягом часу Її - КОР), веде до створення мікровиступу, необхідного для локалізації емісії, при високому рівні продуктивності і відтворності.
Випарування мікровиступу в електричному полі до отримання на вершині вістря емітуючого комплексу забезпечує досягнення атомно-гладкої поверхні, що дозволяє підвищити відтворність.
Таким чином, запропонований спосіб, як і спосіб, що обраний як прототип, дозволяє виготовляти автоемітер 75 З контрольованою локалізацією емісії і розташуванням робочої ділянки на оптичній осі. Поряд з цим запропонований спосіб характеризується високою відтворністю та продуктивністю.
На фіг.1 наведена залежність швидкості зміни емісійного струму під дією бомбардування іонами неону від щільності струму; на фіг.2 - іонно-мікроскопічне зображення робочої частини автоемітера безпосередньо після радіаційно-стимульованого формування поверхні; на фіг.3 - зображення того ж зразка, що і на фіг.2, після видалення напівсферичного мікровиступу.
Приклад. Вольфрамові вістряні автоемітери виготовляли електрохімічним травленням дроту з осьовою текстурою |119| в однонормальному розчині їдкого натру. Формування атомно-гладкої поверхні вершини вістря, створення в атмосфері пари неону на вершині вістря мікровиступу і випарування мікро виступу в електричному полі проводили за допомогою польового емісійного мікроскопа, який працював в електронному і іонному с режимах. Як зображуючий газ використовували гелій при тиску 102 О 1073 Па. При роботі в автоелектронному о режимі гелій відкачували до рівня 1079. 10-7Па і в робочу камеру напускали неон. Опромінення здійснювали іонами неону, які утворювались при поданні на вістряний зразок негативного потенціалу. При цьому густина струну автоелектронів складала 2 0 1019 - 5. 1011А/м2, У процесі бомбардування відбувалось формування зо мікровиступу, розмір якого контролювали за допомогою іонного мікроскопа. Час, необхідний для формування о мікровиступу, складав Її - КЛОР). Коефіцієнт К дорівнював (2.2 - 3.010!"Пад/м. із.
На фіг! приведена типова залежність 1/)(а0/4О) від щільності електронного струму У при тиску неону (с 4. 103Па. Залежність побудована на базі часової характеристики струму з вихідним радіусом кривини вістряного авто емітера бонм при напрузі на вістрі 18008. Аналіз зміни мікротопографії поверхні, яка спостерігалась при о випаруванні вістряних автоемітерів (фіг.2 і 3), показав, що в процесі бомбардування формується робоча частина «З автоемітерів у вигляді параболоїда, сполученого з напівсферичним мікровиступом. У всіх випадках центр напівсфери, яка сформована у процесі іонного бомбардування, розташовувався на кристалографічній осі (1101, яка співпадала з геометричною віссю автоемітера. На стадії формування іонним бомбардуванням на порядок « підвищилась локальність емісії.
Загальний час отримання вістряного автоемітера запропонованим способом складає (0.2 - 0.3) години. При - с використанні способу виготовлення авто емітер а з локалізованою емісією за допомогою іонного травлення |З) ц середній час, необхідний для виготовлення авто емітера з розмірами емітуючого комплексу, близькими до ,» моноатомного, складає порядку 10 годин.
Claims (1)
- Формула винаходу(95) о Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією, за яким електрохімічно травлять Го) вістря із вольфрамового дроту з осьовою текстурою, формують атомно-гладку поверхню вершини вістря, 5ор створюють в атмосфері пари неону на вершині вістря мікровиступ шляхом подання на вістря електричного де потеаціалу і випаровують мікровиступ в електричному полі до отримання на вершині вістря емітувального се» комплексу, який відрізняється тим, що мікровиступ створюють при електричному потенціалі на вістрі, який забезпечує щільність струму авто електронів 2.1019- 5.1011 д/м2 протягом часу Г - КДР), де:К- коефіцієнт пропорційності, що дорівнює (2,2 - 3,010! с Пад/м?,У - щільність струму автоелектронів у початковий момент створення мікровиступу, А/м2 о Р - тиск пари неону, Па іме) 60 б5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA99074321A UA39823C2 (uk) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA99074321A UA39823C2 (uk) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA39823C2 true UA39823C2 (uk) | 2003-06-16 |
Family
ID=74209372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA99074321A UA39823C2 (uk) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA39823C2 (uk) |
-
1999
- 1999-07-27 UA UA99074321A patent/UA39823C2/uk unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5301168B2 (ja) | 冷電界エミッタ | |
| KR100505378B1 (ko) | 전자원과그전자원을구비한전자선조사장치 | |
| JP4167917B2 (ja) | 電子エミッタを形成する方法 | |
| US8847173B2 (en) | Gas field ion source and method for using same, ion beam device, and emitter tip and method for manufacturing same | |
| JP5551830B2 (ja) | 粒子源及びその製造方法 | |
| JP4792625B2 (ja) | 電子放出素子の製造方法及び電子デバイス | |
| JP5675968B2 (ja) | 粒子源及びその粒子源を用いたデバイス | |
| CN109804450B (zh) | 电子束装置 | |
| JP2011124099A (ja) | 荷電粒子線装置のエミッタ、その製造方法、および当該エミッタを備える荷電粒子線装置 | |
| JP3903577B2 (ja) | 電子放出素子用ダイヤモンド部材、その製造方法及び電子デバイス | |
| JP3582855B2 (ja) | 熱電界放射陰極及びその製造方法 | |
| WO2012174993A1 (zh) | 粒子源及其制造方法 | |
| EP2242084B1 (en) | Method of manufacturing an electron source | |
| JPH07509803A (ja) | 冷陰極を製造する方法 | |
| JP3793618B2 (ja) | 電子源とその電子源を備えた電子線照射装置 | |
| KR100264365B1 (ko) | 니들 전극 및 전자 에미터용 니들 전극의 제조방법 | |
| UA39823C2 (uk) | Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією | |
| JP3547531B2 (ja) | 電子線装置 | |
| US11482397B1 (en) | High output ion source, ion implanter, and method of operation | |
| US5727978A (en) | Method of forming electron beam emitting tungsten filament | |
| KR102076956B1 (ko) | 표면산화막과 전계증발현상을 이용한 금속선 팁의 초미세 선단부 가공방법 | |
| JPH09185942A (ja) | 冷陰極素子及びその製造方法 | |
| Edgcombe et al. | Field emission and electron microscopy | |
| JP4867643B2 (ja) | ショットキーエミッタの製造方法 | |
| JP4353193B2 (ja) | 電子源とその電子源を備えた電子線照射装置 |