УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА Российский патент 2004 года по МПК H01J43/04 H01J31/50 H03F17/00 

Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП).

Известны микроканальные пластины приборов ночного видения Дедал-200 [1], Даркос NGB/1 [2], обеспечивающие разрешающую способность 25-45 лин/мм.

Усилители электронного потока (УЭП) [3] представляют собой микроканальную пластину (МКП) со сквозными микроканалами, в которых падающий электронный поток под действием поля рождает вторичные электроны, дающую возможность довести разрешающую способность при существующей технологии до 64 лин/мм.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является усилитель электронного потока в ЭОП-ах третьего поколения OMN1 III и OMN1 IV [4], обеспечивающих разрешающую способность 53-64 лин/мм, который включает микроканальную пластину 1 (см. фиг. 1), в которой сформированы сквозные микроканалы 2, наклоненные к поверхности пластины под углом 80-85^o. Первичные электроны 3, попадая в микроканалы, за счет соударений со стенками каналов рождают вторичные электроны, которые под действием приложенного поля выходят с противоположной стороны пластины. Из рассмотрения принципа действия такого усилителя непосредственно следует, что разрешающая способность такого усилителя всегда будет меньше, чем Sinα/d, где d - диаметр микроканала. Существующая технология позволила довести диаметр каналов в изделиях OMN1 IV до 6 мкм. Это повысило разрешающую способность до 53-64 лин/мм. Невозможность получить при существующей технологии размер каналов менее 6 мкм заставляет производителей ЭОП искать другие пути увеличения разрешающей способности, так как для целого ряда приложений необходимо получить разрешающую способность в пределах площади 80 мм² не хуже чем 100 лин/мм.

Цель получения разрешающей способности не хуже μ лин/мм на площади 100 мм² достигается тем, что активная область усилителя выполнена в виде полупроводникового материала с толщиной h, не превышающей 1/μ лин/мм.

Если h=1/μ и энергия падающего электрона Е_е такова, что электрон не проходит сквозь пластину, а отдает свою энергию на рождение в зоне проводимости полупроводника вторичных электронов в количестве порядка , где - средняя энергия ионизации электрона в полупроводнике, то рожденные электроны будут сосредоточены в области, размеры которой не превышают 1/μ.

Преодолевая поверхностный барьер путем туннелирования или путем получения тепловой энергии, вторичные электроны выходят с пластины в основном в пределах круга диаметром 1/μ, чем и достигается необходимое разрешение. Количество эмиттируемых вторичных электронов существенно зависит от поверхностного барьера, который для алмазной пленки и пленки из GaAs существенно понижается напылением нескольких атомарных слоев Cs.

Поскольку разрешающая способность обратно пропорциональна толщине активной части пластины, а при уменьшении толщины активной части уменьшается механическая прочность пластины, то она может лежать на сетке, обеспечивающей необходимую прочность. В случае сетки с прямоугольными ячейками шаг по одному из направлений не должен превышать 1/μ.

На чертежах представлен разрез части предлагаемой конструкции, иллюстрирующий принцип работы усилителя.

На фиг. 2 изображена конструкция усилителя, где
1 - кремниевая пластина КЭФ 4,5;
2 - алмазная пленка р-типа толщиной 2,5 мкм;
3 - напыленный Cs толщиной в несколько атомарных слоев;
4 - омические контакты к кремнию;
5 - отверстие в кремнии диаметром 8 мм.

На фиг. 3 изображена алмазная пленка 1, на которую падает электронный пучок 2 и в которой он рассеивается в конусе 3, порождая в этом конусе вторичные электроны, выходящие из пленки 1 через слой Cs 4 в основании конуса 5. На фиг. 3:
1 - алмазная пленка;
2 - электронный поток;
3 - конусообразная область рассеивания электронов;
4 - напыленный слой Cs;
5 - круг, с площади которого происходит эмиссия вторичных электронов.

Конструкция усилителя электронного потока представлена на фиг. 2. Она состоит из кремниевой пластинки 1 КЭФ 4,5, на которую в плазме нанесен алмазный слой 2 р-типа толщиной 2,5 мкм. С обратной стороны кремниевой пластины наносится металл, образующий омический контакт 3 к кремнию. Затем кремниевая пластина травится со стороны контакта 3 через маску диаметром 80 мм до алмазной пленки 2. Посредством травления в кремнии образуется отверстие диаметром 8,0-8,5 мм, которое обеспечивает свободный доступ электронов к алмазной пленке со стороны кремния. С помощью распыления Cs в вакууме на лицевую поверхность алмазной пленки наносится слой 4 в несколько атомарных слоев.

Фиг. 3 поясняет принцип действия усилителя. При падении на алмазную пленку 1 тонкого электронного луча 2 электроны этого луча начинают не упруго рассеиваться, порождая вторичные электроны [5] и дырки. Дырки удаляются приложением отрицательного напряжения к контакту 3 (фиг. 2), а электроны эмиттируются через поверхность, покрытую Cs. Рождаемых одним электроном число вторичных электронов оценивается как , где Е_е - энергия падающих на поверхность алмазной пленки электронов, а - средняя энергия ионизации, которая для алмаза приблизительно равна энергии вторичной ионизации и составляет около 24 эВ. Область, в которой рождаются вторичные электроны, - это область рассеяния первичных электронов и она представляет конус 3 с основанием, диаметр которого приблизительно равен высоте конуса. Высота конуса равна глубине проникновения первичных электронов и равна 2,5 мкм при Е_е=15 кэВ. Таким образом, основание конуса рассеяния 3 лежит на поверхности алмазной пленки 4, покрытой тонким слоем Cs. Алмазные пленки, покрытые Cs, имеют почти нулевую работу выхода [6], поэтому вторичные электроны из конуса 3 будут эмиттироваться с поверхности круга 4 при приложении внешнего электрического поля, направленного в сторону пленки перпендикулярно ей. Поскольку основание конуса определяет разрешающую способность, то она будет не хуже чем 100 лин/мм. Испытание предлагаемой конструкции в реальном ЭОП обеспечило разрешающую способность ЭОП не хуже чем 66 лин/мм, т.е. разрешение было не хуже, чем в самых лучших ЭОП.

Источники информации
1. http://www.darkos.ru:8000/goggles.html.

2. http://www.Arsenal.com.

3. А.Г.Берковский. Электронные умножители. "Электроника и ее применение" (итоги науки и техники), 1973, т.5, стр. 43-85.

4. Рекламное сообщение фирмы Litton (США), IDEX 97.

5. "Краткий справочник по физике". Г.Эберт, М, 1963.

6. J. E. Yater, A. Shih and R. Abraws. Electron transport and emission properties of diamond, J. Vac. Sci. Technol. A 16(3), May/Jun 1998, pp. 913-918.

Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП). Изобретение представляет усилитель электронного потока, выполненный в виде твердотельной пластины, на одну из сторон которой падает входной поток электронов, а с противоположной стороны происходит эмиссия вторичных, электронов, отличающийся от аналогов тем, что с целью увеличения разрешающей способности μ, измеряемой в лин/мм, активная область усилителя выполнена в виде полупроводникового материала и имеет толщину h, не превышающую 1/μ. Активная область усилителя может быть выполнена из алмазной пленки или материала группы А₃В₅. С целью увеличения потока вторичных электронов на поверхность, из которой эмиттируются вторичные электроны, наносятся дополнительные слои металлов с малой работой выхода или их оксиды. Для увеличения механической прочности рабочая зона усилителя выполняется в виде совокупности не соприкасающихся друг с другом активных областей, плотность которых ρ, отнесенная к 1 мм², связана с разрешающей способностью соотношением , или совокупности активных областей, обладающих такой конфигурацией, что всегда можно на рабочую зону наложить трафарет с круглыми отверстиями, плотность которых ρ удовлетворяет соотношению , так что под каждым отверстием в рабочей зоне будет находиться активная область. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Усилитель электронного потока, используемый в электронно-оптических преобразователях, выполненный в виде твердотельной пластины, активная область которой представляет ту часть пластины, на которую с одной стороны падает входной поток электронов, а с противоположной стороны происходит эмиссия вторичных электронов, отличающийся тем, что активная область выполнена в виде полупроводникового материала и имеет толщину h, не превышающую 1/μ, где μ - разрешающая способность усилителя.2. Усилитель электронного потока по п.1, отличающийся тем, что активная область выполнена из алмазной пленки.3. Усилитель электронного потока по п.1, отличающийся тем, активная область выполнена из материала группы А₃B₅.