СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВТОРИЧНО-ЭМИССИОННОГО КАТОДА Российский патент 1996 года по МПК H01J1/32 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления катодов приборов магнетронного типа, в которых существенное значение имеет высокое значение коэффициента вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) в области низких энергий первичных электронов (до 300 эВ).

Целью настоящего изобретения является повышение КВЭЭ в области низких энергий первичных электронов катодов типа металл-оксиды ЩЗМ.

Для достижения поставленной цели предлагается на поверхности металлосплавного эмиттера Pd-Ba создать эмиссионно-активный слой толщиной 2-3 мкм путем ионно-плазменного напыления пленкой композиций, содержащей палладий и 20-22 мас. оксида магния.

Высокие эмиссионные свойства такой системы могут быть достигнуты после прогрева при температуре 900-1000^oС в течение 1-2 ч. Именно такой интервал температур и времени активирования позволяет достичь цели изобретения - повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии в области энергий Ер-250 эВ до 5,6-6,0. Для сравнения: активированный по оптимальному режиму материал прототипа (температуры активирования 850^oС-1100^oС, время прогрева 0,5-4,0 ч) КВЭЭ₂₅₀ 2,5-3,0.

Высокотемпературный прогрев эмиттера, изготовленного заявляемым способом следует проводить в вакуумной камере при давлении не более 10^-4 Па, т.к. при большем давлении остаточные газы оказывают существенное влияние на эмиссионный и фазовый состав поверхности эмиттера, а именно составом поверхностного слоя, в значительной мере, определяются эмиссионные параметры в области низких энергий первичных электронов.

При активировании эмиттера в диапазоне температур 900-1000^oС в течение 1-2 ч при давлении остаточных газов не более 10^-4 Па происходит диффузии бария из металлосплавного катода в напыленный слой, рекристаллизация и структурные изменения в напыленном слое.

В результате высокотемпературного прогрева на поверхности катода образуется эмиссионно-активный слой со сложной системой (MgO-Ba), обеспечивающий высокие вторично-эмиссионные свойства в области низких энергий первичных электронов. Прогрев рабочей поверхности катода при температурах более низких, чем 900^oС и в течение времени меньше 1 ч не приводит к достижению цели изобретения (повышение КВЭЭ в низкоэнергетической области) из-за недостаточного насыщения поверхностного слоя барием (низкие скорости диффузии).

При температурах выше 1000^oС наблюдается снижение КВЭЭ за счет увеличения скорости диссоциации оксидов и испарения ее продуктов.

Напыление пленочной композиции с содержанием оксида магния 20-22 мас. обеспечивает высокие эмиссионные свойства катода в широком интервале температур. Эмиттеры с более низким процентным содержанием оксида магния имеют недостаточно высокий коэффициент вторичной электронной эмиссии. Введение больше 22 мас. оксида магния в пленку приводит к подзарядке поверхности катода при электронной бомбардировке и невозможности использования такого эмиттера в приборе.

Толщина эмиссионного слоя 2-3 мкм обеспечивает устойчивую работу катода при длительной электронной бомбардировке. При толщине слоя меньше 2 мкм, невозможно обеспечить стабильные эмиссионные свойства катода в процессе работы прибора. Увеличение толщины пленки свыше 3 мкм ведет к росту в ней внутренних напряжений, что приводит в процессе работы к растрескиванию пленки и к ухудшению ее адгезии. Подложку для напыления эмиссионного слоя изготавливают путем диффузионной сварки сплава Р Ва (заготовки в виде ленты толщиной 0,5 мм) с молибденовым керном. Использование такой подложки позволяет экономить драгметалл и в то же время получать эмиттеры с высокими эмиссионными свойствами при низких энергиях первичных электронов.

В предлагаемом способе изготовления вторично-эмиссионного катода, более высокие, по сравнению с прототипом, эмиссионные параметры КВЭЭ₂₅₀ - 5,6-6,0, (прототип: КВЭЭ₂₅₀ 2,5-3,0) достигаются за счет ионно-плазменного напыления слоя палладия, содержащего 20-22 мас. оксида магния на поверхность сплава Рd-Ва и прогревом в вакууме при давлении не выше 10^-4 Па. Авторы считают, что предлагаемый способ удовлетворяет требованиям критерия "существенные отличия".

Пример конкретного использования.

Исходными материалами при изготовлении катода являются сплав Pd-Ba в виде ленты толщиной 0,5 мм и молибденовые пластины толщиной 1,5 мм. Сплав Pb-Ba приваривают к молибденовым кернам методом диффузионной сварки в вакууме по следующему режиму:
давление 1,2 кг/мм²
температура 1000^oC
время 0,5 ч
Затем поверхность сплава Pd-Ba шлифуется, полируется и обезжиривается. После этого на рабочую поверхность методом ионно-плазменного напыления наносится слой, содержащий палладий и 21 мас. оксида магния толщиной 2,5 мкм по режиму:
температура подложки 200^oC
напряжение мишени 2,5 кВ
давление аргона 1•10^-3 мм рт.ст.

время 3 ч
затем катод прогревается при температуре 1000^oС в течение 1 часа в вакуумной камере при давлении остаточных газов не более 10^-4 Па. Аналогичным образом изготавливаются катоды на граничные и выходящие за граничные значения формулы изобретения.

Эмиссионные параметры катодов, измеренные в экспериментальных ЭВП, приведены в таблице.

Образцы эмиттеров, изготовленные по предложенному способу, позволяют увеличить КВЭЭ в области низких энергий первичных электронов более, чем в 2 раза по сравнению с известными материалами. Применение предложенного способа в производстве вторично-эмиссионных катодов позволит создать новые и улучшить технические параметры известных ЭВП, а также получать покрытия, не подверженные растрескиванию и отслоению в процессе длительной работы.

Использование: область электронной техники при производстве приборов СВЧ-типа средней мощности. Сущность изобретения: на поверхности металлосплавного эмиттера Pd-Ba создают слой толщиной 2-3 мкм путем ионно-плазменного напыления пленочной композиции, содержащей палладий и 20-22 мас.% оксида магния и последующего высокотемпературного прогрева при давлении остаточных газов не выше 10^-4 Па. 1 табл.

Способ изготовления вторично-эмиссионного катода, содержащий ионно-плазменное напыление на эмиттер слоя на основе палладия толщиной 2 3 мкм и нагрев при 900 1000^oC в течение 1 2 ч, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии в области низких энергий первичных электронов, в качестве эмиттеров используют сплав палладий-барий, который диффузионной сваркой закрепляют на молибденовом корне, в качестве сплава на основе палладия используют сплав, содержащий 20 22 мас. оксида магния, а прогрев ведут при давлении не выше 10^-4 Па.