ИСПАРИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЛОЕВ Российский патент 1994 года по МПК H01J9/12 

Изобретение относится к пленочной технологии и может быть использовано в производстве фотоэлектронных электровакуумных приборов (ФЭЦ), в частности для формирования фоточувствительных слоев фотокатодов.

Одной из важных проблем электровакуумного производства является проблема повышения чувствительности фотокатодов. Для ее решения необходимо применение более чистых исходных веществ и оптимизация самого процесса формирования фоточувствительного слоя. Выполнение этих условий зависит от качества и технических возможностей испарителей. К последним предъявляются следующие требования:
Высокая чистота целевого металла. В режиме напыления сумма парциальных давлений всех остальных компонентов пара не должна превышать ≈ 10^-8 мм рт. ст.;
давление пара целевого металла с температурой должно изменяться по закону:
P_мет = где Р_мет, Р(Т) - давление пара металла;
Т_пр - температура прогрева на стадии обезгаживания прибора ≈ 250 - 480^оС;
Т_раб - рабочая температуры, обычно > 500^оС;
материал источника должен быть относительно дешев;
рабочая температура напыления не должна быть слишком высока из-за недопустимости разогрева токоподводов в месте спая со стеклянным корпусом и из-за дополнительной подсветки в процессе напыления.

Одним из наиболее распространенных элементов пpи создании фоточувствительных слоев для ФЭП является сурьма.

Известны интерметаллические соединения сурьмы с благородными металлами: PbSb, PtSb, AuSb, которые при нагревании в вакууме разлагаются с выделением пара сурьмы. Недостатком известного испарителя является наличие в его составе дорогостоящих благородных металлов, а также технологические трудности, вызванные необходимостью нагрева источника сурьмы до высоких температур (1200^оС).

Известен также испаритель для изготовления фотоэлектронных приборов, содержащий источник сурьмы, укрепленный на металлическом держателе, где в качестве источника сурьмы взят моноантимонид (MnSb) или антимонид (Mn₂Sb) марганца. Недостатком этого испарителя является высокое давление паров марганца при температуре напыления Р_Mn= 10^-5 мм рт.ст., давление паров сурьмы P_Sb > 10^-1 мм рт.ст., в связи с этим, пары сурьмы "загрязнены" марганцем, что понижает чувствительность фотослоя. Температура разложения для MnSb 780^оС и для Mn₂Sb 970^оС.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является испаритель для изготовления ФЭП, содержащий источник сурьмы в виде элементарной сурьмы, укрепленный на металлической подложке. В настоящее время источник в виде элементарной сурьмы является базовым и единственным объектом в промышленном производстве ФЭП. Недостатком этого испарителя является то, что из-за низкой температуры его обезгаживания чистота паров низкая и отсутствует возможность плавного управления процессом напыления с помощью температуры. При этом не происходит глубокой очистки частей ФЭП, что приводит к "загрязнению" фотослоя и понижению его фоточувствительности; не обеспечивается стабильной и надежной работы ФЭП.

Целью изобретения является повышение чувствительности фоточувствительного слоя, надежности и стабильности работы ФЭП за счет повышения чистоты паров сурьмы и температуры обезгаживания.

Поставленная цель достигается тем, что в испарителе для изготовления фотоэлектронного прибора, содержащем источник сурьмы, укрепленный на металлическом держателе, в качестве источника сурьмы используется соединение сурьмы с медью состава Cu_xSb_1-x, где 0,8 > х > 0,6.

Соединение сурьмы с медью является термически относительно стойким соединением с широкой областью гомогенности, разлагающимся в интервале температур 650 - 685^оС. Упругость пара каждого компонента при температуре разложения равна: для Cu 10^-13 мм рт.ст. для Sb ≃ 10^-2мм рт.ст. Сохранение высокой температуры обезгаживания (400 - 500^оС) и большая разница в давлении паров сурьмы и меди обеспечивают надежную очистку частей прибора и высокую чистоту паров сурьмы, благодаря чему работа ФЭП надежна и стабильна. Широкая область гомогенности позволяет ускорить и упростить процесс шихтования при выплавке соединения сурьмы с медью. Плавность изменения давления пара сурьмы, температуры и времени создает дополнительные удобства в процессе напыления сурьмы при формировании фоточувствительного слоя, а именно возможность своеобразного управления процессом напыления. В заводских условиях рабочая температура напыления достигается при токах накала 1,6 - 2,0 А, допускаемых сварными узлами прибора. Таким образом, испаритель для получения фоточувствительных слоев, содержащий источник сурьмы в виде соединения сурьмы с медью, удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к источникам паров металлов, используемым в производстве ФЭП.

Для экспериментальной проверки предложенного испарителя паров сурьмы были взяты медь и сурьма полупроводниковой чистоты. Смешение компонентов проводили в кварцевых ампулах путем вакуумной плавки при температуре выше температуры плавления соединения меди с сурьмой в течение 10 - 15 мин при остаточном давлении в ампуле 10^-6 мм рт.ст. Затем вакуумной разливкой в кварцевые капилляры получали кусочки соединения меди с сурьмой в виде цилиндров диаметром 0,8 - 0,9 мм, длиной 8,0 - 9,0 мм, которые помещали в лодочки из спектрально чистого нихрома. Полученные испарители, содержащие источник сурьмы, транспортировали на завод для испытаний. Контроль качества и пригодности испарителя сурьмы проводили по измерению фоточувствительности ФЭП.

П р и м е р 1. Для приготовления соединения состава Cu_0,65Sb_0,35(x= 0,65) было взято 4,5 г меди и 4,63 г сурьмы. Далее сплавление и получение испарителей, содержащих источники сурьмы проводили по описанной методике. Было изготовлено 60 испарителей, содержащих источник сурьмы, которые были вмонтированы в 30 приборов типа ФЭУ-93. Фоточувствительность составила в среднем 54 мкА/лм, что превышает на 10% фоточувствительность серийного прибора, изготовленного с помощью испарителя-прототипа.

П р и м е р 2. Для приготовления соединения состава Cu_0,8Sb_0,2(х=0,8) было взято 3 г меди и 1,43 г сурьмы. Испарители были приготовлены по описанной методике. Изготовленные из этого состава источники сурьмы показали при испытаниях недостаточное количество сурьмы, а из-за высокой температуры разложения происходила подсветка, затрудняющая процесс напыления.

П р и м е р 3. Для приготовления соединения состава Cu_0,6Sb_0,4(х=0,6) было взято 2,5 г меди и 3,19 г сурьмы. Испарители были приготовлены по описанной методике. При испытаниях обнаружено, что присутствие большого количества сурьмы приводит к понижению температуры обезгаживания, и поэтому использование этого состава в качестве источника сурьмы при изготовлении ФЭП нецелесообразно.

Таким образом, предлагаемый испаритель сурьмы на основе ее соединения с медью, позволяет получать фоточувствительные слои с более высокой (до 10%) чувствительностью по току, что соответственно обеспечивает повышение рабочих характеристик фотоэлектронных электровакуумных приборов, их надежность и стабильность работы. Использование изобретения позволит повысить качество ФЭП, уменьшить заводской брак за счет получения фоточувствительных слоев с более высокой чувствительностью по току.

Использование: производство фотоэлектронных электровакуумных приборов. Сущность изобретения: испаритель содержит источник сурьмы /рабочее вещество/ и металлический держатель. Фоточувствительность приборов, изготовленных с использованием предложенного источника паров сурьмы повышается в среднем на 10%, что обеспечивает повышение рабочих характеристик фотоэлектронных электровакуумных приборов и позволяет уменьшить заводской брак. Источник сурьмы выполнен из соединения сурьмы с медью с содержанием от 0,8 до 0,6 мас.долей.

ИСПАРИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЛОЕВ, содержащий источник сурьмы, укрепленный на металлическом держателе, отличающийся тем, что в качестве источника сурьмы использовано ее соединение с медью состава Cu_xSb_1-x, где 0,8 > x > 0,6.