АВТОЭМИССИОННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1997 года по МПК H01J1/02 H01J1/30 H01J21/04 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности, к автоэмиссионным источникам электронов, в том числе и их исполнение с люминисцентной индикацией.

Известен автоэлектронный катод, эмиттирующей поверхностью которого служит удаленный от диэлектрической подложки торец проводящей пленки, а под диэлектрической подложкой рядом с торцом катода расположена проводящая пленка, соединенная с положительным полюсом источника напряжения /1/.

Известное решение не позволяет достаточно легко понизить рабочее напряжение без нарушения стабильности эмиссии, не обладает достаточной долговечностью работы.

Известен источник электронов с параллельными электродами, выполняющими функцию катодных шин с электропроводным слоем, поверхность которого имеет несколько микроострий и средства для ограничения силы тока, проходящего через каждое микроострие катодной шины в виде резистивных слоев, обладающих высоким сопротивлением относительно проводящего слоя, а анод покрыт люминофором /2/.

Известный источник электронов не позволяет работать на низких рабочих напряжениях стабильности эмиссии, не технологичен в изготовлении, не достаточна яркость свечения люминофора и недолговечно функционирование даже при кратковременных возрастаниях тока.

Наиболее близким является 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 конструктивными элементами, представляющими собой выводные элементы для катодов, изготовляемые из второго электропроводного материала. Эмиттирующие детали имеют эмиссионные поверхности, образованные краями тонких слоев из третьего электропроводного материала и нанесены на изоляционные элементы. Тонкие слои при этом находятся в электрическом контакте с крепежными элементами, а эмиссионные поверхности проходят параллельно анодным поверхностям /3/.

Эта конструкция не обладает необходимой долговечностью работы и технологичностью изготовления, требует относительно высоких питающих рабочих напряжений, не защищена от эррозии рабочей кромки катода при возрастании величины тока.

Целью изобретения является повышение долговечности работы устройства, снижение рабочего напряжения, повышение технологичности изготовления, сохранение стабильности работы при скачкообразных увеличениях анодного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в автоэмиссионном узле, выполненном на основе пленочных анода и катода, согласно изобретению анод с рабочей кромкой, расположенной напротив катода и покрытой полупроводниковым материалом, в качестве которого использован люминисцентный материал, а покрытие анода имеет переменную толщину, увеличивающуюся с приближением к рабочей кромке анода.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый автоэмиссионный узел отличается тем, что пленочный анод выполнен с рабочей кромкой, расположенной напротив катода и покрытой полупроводниковым материалом;
в качестве полупроводникового материала использован катодолюминесцентный материал;
покрытие анода имеет переменную толщину, увеличивающуюся с приближением к рабочей кромке анода.

Таким образом, заявляемый автоэмиссионный узел соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными решениями в микроэлектронике не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежом, на котором в аксанометрии изображен автоэмиссионный узел.

Автоэмиссионный узел состоит из катода 1 и анода 2 с рабочей кромкой 3 и дополнительным покрытием 4.

Автоэмиссионный узел может быть изготовлен по тонкопленочной технологии с формированием катодного и анодного электродов фотолитографическим способом и последующим осаждением дополнительного полупроводникового слоя из легированного оксида цинка методом электрофореза.

Автоэмиссионный узел работает следующим образом.

При приложении рабочего напряжения между пленочными анодам 2 и катодом 1 за счет искажения силовых линий электрического поля вблизи рабочей кромки 3 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 рабочих кромок анодо и катода /4/, /5/, а наличие на рабочей кромке 3 анода дополнительного покрытия 4 из полупроводника, многократно превышающего толщину катода, вызывает скачкообразное изменение форм-фактора.

Одновременно дополнительное покрытие из полупроводника выполняет функцию резистивного элемента, ограничивая возможные увеличения проходящего через анод тока, и предотвращает эррозию рабочей кромки катода.

Взаимодействие электронов с дополнительным покрытием 4 инициирует свечение последнего, выбранного из ряда общеприменяемых люминофоров, например, на основе оксида цинка.

Дополнительное покрытие решает проблемы ограничения рабочего тока и, как следствие, защиту рабочей кромки катода от эррозии при значительном возрастании напряжения, что, в свою очередь, позволяет менять рабочее напряжение до значений, достаточных для компановки автоэмиссионных схем с внешними цепями, повысить надежность и долговечность работы приборов на основе предлагаемого автоэмиссионного узла.

Выполнение дополнительного покрытия из полупроводника, выбранного из ряда люминофоров, позволяет упростить и удешевить технологию изготовления приборов с автоэмиссионными узлами, в том числе, плоских экранов.

Использование: изобретение относится к области электронной техники, в частности, к автоэмиссионным источникам электронов, в том числе к их исполнению с люминисцентной индикацией. Сущность изобретения: автоэмиссионный узел выполнен на основе пленочных анода и катода. Поверхность анода выполнена с дополнительным покрытием из полупроводникового материала, выбранного из ряда люминофоров. Толщина покрытия увеличивается с приближением к рабочей кромке анода. Достигаемый технический результат: повышение надежности, стабильности и долговечности приборов на основе предложенного узла, повышение технологичности изготовления и его удешевление, а также снижение рабочего напряжения. 1 с. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автоэмиссионный узел, содержащий пленочные анод и катод, отличающийся тем, что анод выполнен с рабочей кромкой, расположенной напротив катода и покрытой полупроводниковым материалов. 2. Узел по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового материала использованы катодолюминесцентный материал. 3. Узел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что покрытие анода имеет переменную толщину, увеличивающуюся с приближением к рабочей кромке анода.