СВЧ-ПРИБОР М-ТИПА Российский патент 1995 года по МПК H01J1/30 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в СВЧ-приборах М-типа с малым временем готовности.

Известен СВЧ-прибор М-типа, содержащий анод и катод с вторично-электронными и автоэлектронными эмиттерами, выполненными из покрытий на керне катода, обеспечивающих первичную и вторичную эмиссию (1). Однако напряженность электрического поля этого прибора недостаточна для автоэлектронной эмиссии, необходимой для его запуска. При использовании в качестве источника первичной эмиссии выступающих элементов их форма за счет ионной бомбардировки боковой поверхности будет меняться и срок службы прибора уменьшается.

Целью изобретения является повышение срока службы.

Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-приборе М-типа, содержащем анод и катод с элементами, обеспечивающими первичную и вторичную эмиссию, размещенными на керне, элементы, обеспечивающие первичную эмиссию, выполнены в виде автоэлектронных эмиттеров из шайб, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси катода и имеющих кольцевой участок проводящей пленки, выступающий над поверхностью элемента, обеспечивающего вторичную эмиссию на высоту, равную 5-20% межэлектродного зазора, причем автоэлектронные эмиттеры окружены с боковых сторон диэлектической пленкой с зазором, равным радиусу торца проводящей пленки.

Диэлектрическая пленка может быть выполнена гофрированной и выступать над проводящей пленкой автоэлектронного эмиттера на величину радиуса торца проводящей пленки. В качестве материала диэлектрической пленки использован один из группы, включающий бориды, нитриды, оксиды стехиометрического состава. Материал диэлектрической пленки может быть легирован щелочными, щелочноземельными или редкоземельными металлами.

Диэлектрическая пленка защищает боковую поверхность автоэлектронного эмиттера не только механически, но и электрически: при попадании на нее положительных ионов заряжается одноименным потенциалом, который создает поле, отталкивающее подлетающие ионы. Диэлектрическая пленка может отстоять от боковой поверхности эмиттера на расстояние, равное радиусу торца проводящей пленки. Расчеты показывают, что это обеспечивает дополнительное увеличение сопротивления стоку зарядов ионов при полной защите боковой поверхности эмиттера от прямого попадания ионов остаточных газов. При зазоре большем радиуса торца проводящей пленки, появляется вероятность бомбардировки его боковой поверхности. При зазоре, меньшем радиуса, наступает полная геометрическая и электрическая экранировка поверхности эмиттера за счет диэлектрической пленки.

Увеличения сопротивления можно достичь, увеличив путь стока зарядов ионов путем гофрирования диэлектрической пленки. Расчеты, выполненные с помощью математического моделирования, показывают, что поток ионов на автоэлектронный эмиттер можно полностью исключить, если диэлектрические пленки будут выступать над поверхностью проводящей пленки на величину, равную радиусу ее торца. Увеличение выступающей части диэлектрической пленки на величину, большую радиуса торца проводящей пленки, приводит к снижению напряженности поля и тока на эмиттере.

В качестве материала для диэлектрических пленок могут служить стехиометрически чистые Si₃N₄, SiO₂, BN, AlN, Al₂O₃, либо с добавками из Ва, К, Сs, Li, Na, которые увеличивают коэффициент вторичной эмиссии и, следовательно, наведенный положительный заряд, который обеспечивает дополнительное снижение ионной бомбардировки.

На фиг. 1 представлен предлагаемый СВЧ-прибор М-типа, разрез; на фиг. 2-5 варианты выполнения автоэлектронного эмиттера.

На направляющем керне 1 размещены элементы с вторичной электронной эмиссией (вторично электронные эмиттеры 2), в качестве которых могут служить импрегнированные материалы на основе вольфрама с добавками бария, либо сплавы и соединения на основе металлов платиновой группы (платина, палладий, иридий, осмий), которые имеют присадки одного из материалов щелочноземельных, щелочных или редкоземельных (Ba, Ir, Ca, La) элементов. Между эмиттерами 2 расположены на керне автоэлектронные эмиттеры 3, выступающие над ними на 5-20% межэлектродного зазора, выполненные в виде шайбы, состоящей из проводящей пленки и окружающей ее с боковых сторон диэлектрической пленки 4, например, нанесенной на проводящую пленку (фиг. 2). Пленка 4 может быть выполнена из диэлектриков типа боридов, нитридов, оксидов (Si₃N₄, SiO₂, BN, AlN, Al₂O₃) либо из диэлектриков с добавками щелочных и щелочноземельных материалов (Ba, K, Cs, Li, Na). Керн 1 с вторично- и автоэлектронными эмиттерами расположен в цилиндрическом аноде 5 с рабочим зазором, причем в области выступающей части автоэлектронного эмиттера диэлектрическая пленка 4 может отстоять от боковой поверхности эмиттера на расстоянии радиуса эмиттирующего торца проводящей пленки (фиг. 3). Пленка 4 может быть выполнена гофрированной (фиг. 4). Пленка 4 может выступать над поверхностью автоэлектронного эмиттера (фиг. 5).

Количество запускающих автоэлектронных эмиттеров в приборе определяется величиной требуемого пускового тока, т.е. параметрами прибора. Автоэлектронная эмиссия обеспечивается постоянным полем, создаваемым анодом вблизи катода. В пространстве между катодом и анодом образуются ионы за счет сталкивания электронов с атомами остаточных газов. Положительно заряженные ионы, ускоряясь к автоэлектронному эмиттеру по силовым эквипотенциальным линиям, стремятся к боковым поверхностям автоэлектронного эмиттера, бомбардируя тем самым диэлектрические защитные пленки. После попадания ионов на диэлектрическую пленку на ее поверхности образуется заряд, равный потенциалу падающих ионов. Поскольку образованный заряд имеет одноименный потенциал с потенциалом падающих ионов, он искривляет траекторию ионов, отталкивая их от поверхности автоэлектронного эмиттера.

Основным преимуществом данного прибора является увеличенный срок службы катода.

Использование: электронная техника, в частности СВЧ-приборы М-типа с малым временем готовности. Сущность изобретения: прибор содержит керн 1, с размещенными на нем виторичными электронными эмиттерами 2, между которыми расположены автоэлектронные эмиттеры 3, защищенные диэлектрической пленкой 4, выполненной из диэлектриков типа боридов, нитридов, оксидов либо с добавками щелочных и щелочно-земельных материалов. Керн 1 расположен в цилиндрическом аноде 5 с рабочим зазором. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. СВЧ-ПРИБОР М-ТИПА, содержащий анод и катод с элементами, обеспечивающими первичную и вторичную эмиссии и размещенными на керне, отличающийся тем, что с целью повышения срока службы, элементы, обеспечивающие первичную эмиссию, выполнены в виде автоэлектронных эмиттеров из шайб, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси катода, и имеющих кольцевой участок проводящей пленки, выступающий над поверхностью элементов, обеспечивающих вторичную эмиссию, на высоту, составляющую 5 20% от межэлектронного зазора, а автоэлектронные эмиттеры окружены с боковых сторон диэлектрической пленкой с зазором на величину радиуса торца проводящей пленки. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая пленка выполнена гофрированной. 3. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая пленка выступает над проводящей пленкой автоэлектронного эмиттера на величину радиуса торца проводящей пленки. 4. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала диэлектрической пленки использован один из группы, включающей бориды, нитриды, оксиды стехиометрического состава. 5. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что материал диэлектрической пленки легирован щелочными, щелочноземельными или редкоземельными металлами.