СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДМ-КАТОДА Российский патент 2014 года по МПК H01J9/02 B82B3/00 

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к технологии изготовления элементов электровакуумных приборов, в частности МДМ-катодов.

Известен МДМ-катод [1], выполненный в виде тонкопленочной системы «металл-диэлектрик-металл» на полированной подложке, отличающийся тем, что для увеличения эмиссионных параметров катода в качестве диэлектрика используется пористая пленка диоксида кремния. При этом пористые пленки диоксида кремния (SiO₂) с различной концентрацией пор получались путем магнетронного распыления комбинированной мишени из кремния и углерода (Si+C) в среде смеси газов Ar+О₂. Формирование пор объясняется протеканием химических реакций углерода с кислородом на подложке с образованием газового компонента (CO₂), который покидает пленку SiO₂, разрыхляя ее и формируя в ней сквозные поры и поры с газовыми включениями. Наличие пор облегчает формовку МДМ-катода и повышает эмиссионные параметры. Недостатком такого МДМ-катода является неравномерная эмиссия по поверхности вследствие неупорядоченного расположения на ней пор.

Целью данного изобретения является повышение плотности тока эмиссии и однородности ее распределения по поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что на подложку последовательно наносится металлический нижний электрод, на котором формируется регулярная наноострийная структура с помощью электронно-лучевой литографии и затем наносится диэлектрик и верхний электрод. Конкретная реализация изготовления МДМ-катода представлена на Фиг.1.

Пример конкретной реализации способа

На подготовленную кремниевую подложку сплошным слоем напылялась пленка молибдена толщиной 200 нм, используемая в качестве нижнего электрода (Фиг.1а, б). Затем на структуру последовательно наносились два слоя резиста методом центрифугирования (Фиг.1в), затем производились сушка и экспонирование на электронном литографе Right 150^two. С помощью специальной программы GDS II зарисовывался рисунок, представляющий собой матрицу из 800 элементов (Фиг.1г). В каждом элементе экспонировался рисунок в виде набора кружков диаметром 200 нм с расстоянием между ними 700 нм, затем был сформирован рисунок в слоях резиста путем проявления в специальных растворах (Фиг.1д). Резистивная маска формировалась таким образом, чтобы полученный в ней профиль, позволял провести последующее качественное удаление резиста с помощью «взрыва». После проведенных операций напылялся сплошным слоем молибден толщиной 250 нм (Фиг.1е) и формировалась наноострийная структура путем «взрыва» резистивной маски (Фиг.1ж).

Полученная регулярная наноострийная структура, сформированная на нижнем электроде, имела расстояние между остриями 700 нм, и плотность острий составляла 3·10⁸ см^-2 (Фиг.2). Одиночное острие представляло собой пирамиду с основанием 270 нм, вершиной 40 нм и высотой 250 нм. На сформированную наноострийную структуру последовательно напылялся слой диэлектрика толщиной 50 нм и слой молибдена толщиной 20-30 нм (Фиг.1з).

Изготовленный по предложенному способу МДМ-катод подвергался процессу формовки и показал равномерное распределение эмиссионных центров, которое полностью соответствовало сформированному микрорельефу. При этом плотность тока эмиссии МДМ-катода с наноострийным нижним электродом была более чем в 10 раз выше, чем для МДМ-катода с гладким электродом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Усов С.П., Сахаров Ю.В., Троян П.Е. МДМ-катод. RU 107399 U1, МПК H01J 9/02.

Способ изготовления МДМ-катода предназначен для повышения плотности тока эмиссии и однородности ее распределения по поверхности. На подложку последовательно осаждается металлический нижний электрод на основе пленки молибдена, затем два слоя резистов, в которых формируется рисунок с помощью электронно-лучевой литографии, затем напыляется сплошная пленка молибдена. Наноострийная структура получается путем «взрыва» резистивной маски в виде пирамидок с основанием 260 нм, вершиной 40 нм, высотой 250 нм и плотностью 3·10⁸ см^-2. Технический результат - повышение равномерности распределения эмиссионных центров и плотности тока эмиссии. 2 ил.

Способ изготовления МДМ-катода, включающий в себя нанесение металлического нижнего электрода, диэлектрика и верхнего электрода, и формовку катода, отличающийся тем, что с целью увеличения плотности тока эмиссии и однородности ее распределения по поверхности на нижнем электроде, формируется регулярная наноострийная структура с плотностью острий на нижнем электроде 3·10⁸ см^-2 в результате последовательного нанесения резистивных слоев и формирования в них рисунка с помощью электронно-лучевой литографии, осаждения металлической пленки и формирования наноострийной структуры путем «взрыва» резистивной маски.