АВТОЭМИССИОННАЯ ЯЧЕЙКА Российский патент 1997 года по МПК H01J1/30 H01J19/24 H01J21/04 H01J31/12 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к автоэмиссионным источникам электронов с люминесцентной индикацией.

Известен полевой эмиссионный диод, включающий вакуумный корпус с катодными и анодными элементами, выполненными из первого электропроводного материала. При этом катодные элементы образованы эмиттирующими деталями для излучения электронов к анодным элементам и конструкционными элементами, представляющими собой выводные элементы для катодов, изготовленные из второго электропроводного материала. Эмиттирующие детали имеют эмиссионные поверхности, образованные краями тонких слоев из третьего электропроводного материала, и нанесены на изоляционные элементы. При этом такие слои находятся в электрическом контакте с крепежными элементами, а эмиссионные поверхности проходят параллельно анодным поверхностям.

Эта конструкция не обладает достаточной долговечностью работы и технологичностью изготовления, требует относительно высоких питающих рабочих напряжений, не защищена от эрозии рабочей кромки, не решает задачу свечения ячейки.

Известна конструкция дисплея, содержащая изолирующую подложку с расположенной на ней двухмерной сеткой источников электронов, управляемых х-y-матрицей электродов, и пластину, покрытую фосфором и расположенную напротив подложки. Каждый источник содержит холодный катод и электрод затвора.

Эта конструкция недостаточно долговечна в работе, конструктивно сложна и требует относительно высоких питающих рабочих напряжений, не обладает достаточной яркостью свечения участков люминофора.

Наиболее близким к предлагаемому является автоэмиссионная ячейка с пленочными катодами и анодом, расположенными друг напротив друга на одной диэлектрической подложке, в которой между этими электродами расположена полость вогнутой формы.

Эта конструкция не обладает достаточной долговечностью и стабильностью работы вследствие эрозии острийного катода, отличается невысокой технологичностью изготовления из-за сложной формы кромки катодной пленки, предполагающей выдерживание строгих геометрических параметров на большой длине.

Целью изобретения является повышение долговечности работы устройства, повышение технологичности изготовления, сохранение стабильности работы при скачкообразных увеличениях анодного напряжения, повышение яркости свечения ячейки.

Цель достигается тем, что в автоэмиссионной ячейке, включающей анод и катод на диэлектрической подложке, согласно изобретению поверхность анода выполнена с дополнительным покрытием из люминофора с полупроводниковыми свойствами, расположенным в зоне рабочей кромки анода, а площадка диэлектрической подложки между анодом и катодом выполнена полированной до зеркального отражения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая автоэмиссионная ячейка отличается тем, что поверхность анода выполнена с дополнительным покрытием в зоне рабочей кромки анода; покрытие представляет люминофор с полупроводниковыми свойствами; площадка между анодом и катодом выполнена зеркальной.

На чертеже представлена предлагаемая ячейка, разрез.

Автоэмиссионная ячейка содержит анод 1 с рабочей кромкой 2, катод 3, диэлектрическую подложку 4, дополнительное покрытие 5, полированную площадку 6, рабочую кромку катода 7.

Автоэмиссионная ячейка может быть изготовлена по тонкопленочной технологии с формированием анодного и катодного электродов фотолитографическим способом и последующим осаждением дополнительного покрытия из люминофора с полупроводниковыми свойствами из легированного оксида цинка методом электрофореза. Полированная поверхность выполняется газоплазменным травлением с последующей полировкой в среде активного газа.

Автоэмиссионная ячейка работает следующим образом.

При приложении рабочего напряжения между анодом 1 и катодом 3 за счет искажения электрического поля вблизи рабочей кромки 7 катода возникают условия, достаточные для автоэлектронной эмиссии, а именно, напряженность электрического поля превышает 10⁶ В/см, что инициирует поток электронов от катода к аноду.

Так как форм-фактор пропорционален отношению активных поверхностей анода и катода, а наличие в зоне рабочей кромки 2 анода дополнительного покрытия 5 из люминофора с полупроводниковыми свойствами значительно увеличивает активную поверхность анода в сравнении с катодом, вызывая тем самым скачкообразное изменение форм-фактора, это увеличивает напряженность поля на рабочей кромке катода при исходном рабочей напряжении.

Одновременно дополнительное покрытие из люминофора выполняет функцию резистивного элемента, ограничивая возможные увеличения проходящего через анод токаи предотвращает эрозию рабочей кромки катода. Взаимодействие электронов с дополнительным покрытием из люминофора 5 с полупроводниковыми свойствами, например легированного оксида цинка, инициирует свечение последнего, а наличие между катодом и анодом полированной площадки 6 до зеркального отражения, выполненной в диэлектрической подложке 4, усиливает свечение ячейки за счет отраженного зеркальной площадкой света.

Дополнительное покрытие решает проблемы ограничения рабочего тока и, как следствие, защиты рабочей кромки катода от эрозии при значительном возрастании напряжения, что в свою очередь позволяет изменять рабочее напряжение до значений, достаточных для прямой компоновки автоэмиссионных ячеек с внешними цепями, повысить надежность и долговечность работы приборов на основе предлагаемой автоэмиссионной ячейки.

Выполнение дополнительного покрытия из люминофора позволяет упростить технологию изготовления приборов с автоэмиссионными ячейками, а зеркальная площадка увеличивает яркость свечения ячейки и в целом экранов на ее основе.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к автоэмиссионным источникам электронов с люминесцентной индикацией. Сущность изобретения: автоэмиссионная ячейка содержит анод, катод, диэлектрическую подложку с полированной площадкой до зеркального отражения между катодом и анодом. Анод выполнен с дополнительным покрытием из люминофора с полупроводниковыми свойствами, расположенным в зоне рабочей кромки анода. Достигаемый технический результат: повышение долговечности работы, технологичности изготовления и яркости свечения ячейки, снижение рабочего напряжения, сохранение стабильности работы при увеличениях анодного тока. 1 ил.

Автоэмиссионная ячейка, включающая анод и катод на диэлектрической подложке, отличающаяся тем, что поверхность анода выполнена с дополнительным покрытием из люминофора с полупроводниковыми свойствами, расположенным в зоне рабочей кромки анода, а площадка диэлектрической подложки между анодом и катодом выполнена полированной до зеркального отражения.