СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОЭМИССИОННОГО КАТОДА ЛЕЗВИЙНОГО ТИПА Российский патент 2023 года по МПК H01J9/02 H01J1/304 

Изобретение относится к электронной технике, к изготовлению катодов электронных приборов СВЧ-типа, например, в лампах бегущей волны (ЛБВ).

Известен катод для ламп бегущей волны и ламп обратной волны, имеющий корпус, выполненный из тугоплавкого металла, в торцевой части которого погружена пропитанная активным веществом и покрытая снаружи слоем металла платиновой группы вольфрамовая губка, у которой по внешней обращенной наружу торцевой части эмитирующей поверхности равномерно распределены микроотверстия, отличающийся тем, что микроотверстия выполнены идентичными лазерной микрогравировкой /1/. Главными недостатками тугоплавких термокатодов являются невысокие экономичность и долговечность, что связанно с большими затратами мощности на подогрев и испарения материала.

Известен способ изготовления замедляющей системы для лампы бегущей волны, в состав которой входит лезвийный катод, так как предполагается использование ленточных электронных пучков /2/. Но, так же как и в предыдущем варианте, катод является термоэмиссионным. Недостатком данного вида катодов является высокая температура, необходимая для эффективной эмиссии электронов, приводящая к увеличению энергопотребления, снижению ресурса устройства, увеличению габаритных размеров и других нежелательных эффектов.

Наиболее близким техническим решением является формирование автоэлектронных катодов лезвийного типа, который представляет собой последовательное нанесение на подложку рельефной пленки, имеющей отверстия с отвесными стенками, и пленки материала катода, после удаления пленки рельефа снимают верхнюю часть всех слоев катодной пленки кроме одной /3/. При этом толщина ребра будет порядка 0,1-0,2 мкм. Недостатком данного способа является относительно большая толщина эмитирующей части, в связи с этим для инициирования эмиссии необходимо прикладывать высокие напряжения.

Задачей настоящего изобретения является повышение стабильности эмиссионной способности катодов за счет повышения точности воспроизведения геометрии лезвийной эмитирующей части, и возможной замены термоэмиссионных катодов в составе электронных приборов СВЧ-типа для улучшения их технологических характеристик.

Предложен способ изготовления автоэмиссионного катода лезвийного типа, включающий операции последовательного нанесения рельефной пленки, пленки материала катода, выступающих в роли масок травления и формирование эмитирующей поверхности автоэмиссионного катода - ребра лезвийной формы, отличающийся тем, что ребро эмитирующей поверхности формируется жидкостным анизотропным травлением кремния.

Описанный выше способ позволяет формировать лезвия с хорошо воспроизводимой геометрией, поскольку угол при вершине определяется взаимным расположением кристаллографических плоскостей 111 и 100 монокристаллического кремния, и в теории равен 54,75°. При выходе фронта растрава на стоп-слой, состоящий из комбинации слоев SiO₂ и Si₃N₄, формируется клиновидная кромка, на краю которой остается лишь нескольких атомных слоев.

Использование анизотропных травителей позволяет получать хорошо воспроизводимую геометрию микроструктур, что объясняется различием влияния травителей на кристаллографические плоскости кремния. В начале травления канавка плоская, далее, по мере углубления она принимает V-образную форму. Глубина канавки определяется размерами отверстия в диэлектрической маске. Останавливающим слоем выступают слои оксид кремния и нитрида кремния. В связи с этим концентрация и температура травителя подбирается с учетом минимальной скорости травления оксида кремния.

Возможность изготовления автоэмиссионных катодов лезвийного типа по предлагаемой технологии была подтверждена экспериментально. Формирование катодов лезвийного типа проводилось в объеме подложки монокристаллического кремния КДБ (100). В роли маски травления выступала комбинация слоев: SiO₂ толщиной 0,6 мкм и Si₃N₄ толщиной 0,13 мкм. В работе лезвия получали анизотропным травлением кремния в растворе гидроокиси, был применен мягкий режим травления кремния 10% КОН температура - 800°С). Радиус скругления эмитирующей кромки составил 3-5 атомных слоев.

Однородность поверхности и атомарные размеры эмитирующей части позволяют обеспечить высокий уровень эмиссионного тока порядка 10⁴ А/см², и, следовательно, улучшить технические характеристики работы устройства, в состав которого входит автоэмиссионный катод.

Источники информации:

1. Патент РФ №106440.

2. Патент РФ №183912.

3. Патент СССР №346766 - прототип.

Изобретение относится к электронной технике, к катодам электронных приборов СВЧ-типа, например лампам бегущей волны (ЛБВ). Технический результат - повышение стабильности эмиссионной способности катодов. Способ изготовления автоэмиссионного катода лезвийного типа включает операции последовательного нанесения рельефной пленки, пленки материала катода, выступающих в роли масок травления, и формирование эмитирующей поверхности автоэмиссионного катода - ребра лезвийной формы. Ребро эмитирующей поверхности формируется жидкостным анизотропным травлением кремния до выхода фронта растрава на стоп-слой - рельефную пленку, состоящую из комбинации двух слоев: одного слоя SiO₂ и одного слоя Si₃N₄.

Способ изготовления автоэмиссионного катода лезвийного типа, включающий последовательное нанесение рельефной пленки, пленки материала катода, выступающих в роли масок травления, и формирование эмитирующей поверхности автоэмиссионного катода - ребра лезвийной формы, отличающийся тем, что ребро эмитирующей поверхности формируется жидкостным анизотропным травлением кремния до выхода фронта растрава на стоп-слой - рельефную пленку, состоящую из комбинации двух слоев: одного слоя SiO₂ и одного слоя Si₃N₄.