ГЕТТЕРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2010 года по МПК H01J7/18 H01J17/24 H01J61/26 

Изобретение относится к области вакуумной технологии для поддержания высокого вакуума в различных приборах, в особенности к области вакуумирования полупроводниковых приборов, и может быть использовано при разработке конструкций инфракрасных фотоприемников, помещаемых в герметичный вакуумный корпус.

Известны устройства - геттеры, геттерные элементы, предназначенные для создания и поддержания высокого вакуума в некоторых ограниченных объемах различных устройств - кинескопов, рентгеновских трубок, криостатов, и т.п., основные функциональные элементы которых должны продолжительное время (до десятка лет) находиться в постоянном вакууме, при этом для того, чтобы геттерный элемент начал выполнять свою функцию, его активируют уже будучи помещенным в вакуумный объем устройства. Активация геттерного вещества осуществляется обычно его нагреванием до определенной температуры каким-либо электрическим нагревательным элементом или, например, лазерным излучением через прозрачное окно вакуумного объема.

Известен геттерный элемент (патент США №5882727), где активный материал в виде пасты (геттерный материал и органика) наносится на плоскую подложку. Активация геттерного элемента, включающего в свой состав элементы органики, приводит к выделению частиц геттерной пасты в весь вакуумируемый объем.

Недостатком геттерного элемента является то, что он не решает одновременно проблемы поддержания высокого вакуума в процессе эксплуатации и проблему активации геттера, так как он выделяет газообразные частицы, ухудшающие вакуум, в большей или в меньшей степени, или при их активации, или в процессе дальнейшей работы.

Известен геттерный элемент (патент США №5929515), в котором нет вредного влияния газообразных выделений на основной действующий элемент устройства, геттерный элемент помещается в небольшой вакуумный объем, расположенный непосредственно над этим элементом устройства, что защищает его от вредных выделений других частей устройства. Но для активации геттера требуется использование лазерного излучения.

Недостатком геттерного элемента является то, что активация его значительно сложнее, чем активация посредством электрического тока, и требует сложного и дорогостоящего оборудования. Кроме того, он не решает одновременно проблемы поддержания высокого вакуума в процессе эксплуатации и проблему активации геттера.

Известен геттерный элемент (Международная заявка №2002/027058) с уменьшенным выделением частиц с его поверхности в процессе работы. Это достигается тем, что геттерный элемент состоит из пористого геттерирующего вещества, на поверхность которого нанесена несплошная металлическая пленка, удерживающая частицы от отрыва с поверхности геттерного элемента.

Недостатком указанного технического решения является то, что в нем не решается вторая проблема - проблема активация геттерного вещества. Этот геттерный элемент взят за прототип.

Техническим результатом изобретения является то, что в нем одновременно решается проблема защиты поверхности геттерного элемента от выделения частиц, ухудшающих вакуум, и проблема его активации электрическим прогревом.

Технический результат достигается тем, что в геттерном элементе, состоящем из пористого геттерирующего вещества, на поверхность которого нанесена несплошная металлическая пленка, соседние области отдельных частей несплошной металлической пленки соединены друг с другом хотя бы в одной точке, и с двух противоположных сторон геттерного элемента к крайним областям несплошной металлической пленки выполнены омические контакты.

В геттерном элементе к омическим контактам прижимом присоединены контактные провода.

При нанесении тонких металлических пленок по технологии, применяемой в полупроводниковой промышленности, например, напылением, возможно выбрать такой диапазон толщин, обычно 0,007-0,1 мкм, когда пленка не является сплошной. Процент площади, покрываемой металлом, зависит от различных технологических параметров, но в, первую очередь, от толщины пленки. Если различные участки металлической пленки имеют между собой электрический контакт, то такая пленка служит одновременно нагревателем для активации геттера. Для этого к тонкой металлической пленке необходимо выполнить омические контакты с двух противоположных сторон геттерного элемента и для осуществления процесса активации пропустить через пленку электрический ток, который нагревает геттерный элемент до нужной температуры, обычно вблизи 350-800°С. После проведения процесса активации геттерный элемент охлаждается. Поскольку металлическая пленка выполняется несплошной, то через участки, не покрытые металлом, происходит поглощение остаточных газов, находящихся в вакуумном объеме. Таким образом, тонкая металлическая пленка одновременно защищает поверхность геттерного элемента от выделения частиц, ухудшающих вакуум, и в то же время служит нагревательным элементом для активации геттерного элемента.

На фигуре 1 показан геттерный элемент в разрезе, а на фигуре 2 показан внешний вид геттерного элемента, где

1 - пористое геттерирующее вещество,

2 - несплошная тонкая металлическая пленка,

3 - первый омический контакт к металлической пленке на одной из сторон геттерного элемента,

4 - второй омический контакт к металлической пленке на противоположной стороне геттерного элемента,

5 - провод для подведения электрического тока к первому омическому контакту,

6 - провод для подведения электрического тока ко второму омическому контакту.

Для реализации данного технического решения предлагается использовать в качестве пористого геттерирующего вещества порошковую смесь титана и ванадия соотношении компонент приблизительно 1:1, которая вначале спрессовывается под давлением 100-500 кг/см², для получения пластины толщиной 0,5-2 мм и площадью около 1 см², а затем спекается при температуре 800-1000°С в вакууме или водородсодержащей газовой смеси, например в смеси водорода и азота. На полученную таким образом поверхность геттерного элемента в вакууме наносится тонкая несплошная металлическая пленка толщиной 0,03-0,1 мкм, например, напылением хрома или золота и повторным напылением, через маску на противоположные стороны геттерного элемента наносятся толстые омические контакты (толщиной 0,5-3 мкм), например, из золота. Для активации геттерного элемента к омическим контактам подводится электрический ток, например прижимом токопроводящих проводов.

Геттерный элемент работает следующим образом. Был изготовлен макет предлагаемого устройства и испытана его работа. Макет выполнен из пористого геттерирующего вещества, состоящего из смеси титана и ванадия, в соотношении компонент 1:1. Несплошная металлическая пленка выполнена напылением хрома толщиной 0,035 мкм, причем соседние области отдельных частей несплошной металлической пленки соединены друг с другом хотя бы в одной точке. Размеры геттерного элемента составили 0,1×1×1 см. Омические контакты с противоположных сторон геттерного элемента выполнены также из хрома толщиной 0,2 мкм. Геттерный элемент активировался пропусканием в вакууме через несплошную металлическую пленку тока величиной 0,1 А. Время активации составило при этом 3 часа.

Изобретение относится к области вакуумной технологии для поддержания высокого вакуума в различных приборах, в особенности к области вакуумирования полупроводниковых приборов, и может быть использован при разработке конструкций инфракрасных фотоприемников, помещаемых в герметичный вакуумный корпус. Геттерный элемент состоит из пористого геттерирующего вещества, на поверхность которого нанесена несплошная металлическая пленка, причем соседние области отдельных частей несплошной металлической пленки соединены друг с другом хотя бы в одной точке, и с двух противоположных сторон геттерного элемента к крайним областям несплошной металлической пленки выполнены омические контакты. Техническим результатом является то, что одновременно решается проблема защиты поверхности геттерного элемента от выделения частиц, ухудшающих вакуум, и проблема активации геттерного элемента электрическим нагревом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Геттерный элемент, состоящий из пористого геттерирующего вещества, на поверхность которого нанесена несплошная металлическая пленка, отличающийся тем, что соседние области отдельных частей несплошной металлической пленки соединены друг с другом хотя бы в одной точке, и с двух противоположных сторон геттерного элемента к крайним областям несплошной металлической пленки выполнены омические контакты.

2. Геттерный элемент по п.1, отличающийся тем, что к омическим контактам прижимом присоединены контактные провода.