Автоэлектронный эмиттер с локализованной эмиссией Советский патент 1984 года по МПК H01J1/304 

Oi со

о

rsD

СО

Изобретение относится к автоэмиссионпой электротехнике и может быть иснользовано 11)11 конструировании источников электронов для электронных приборов и, в частности, для электронно-зондовых нриборов.

JLiH увеличения разре1наюш,ей способности электронно-зондовых приборов необходимы источники электронов с небольшим угловыми размерами, т.е. автоэмиттеры с локализацией автоэмиссии на небольшой об;1асти острия.

Такую локализацию можно получить, напыляя на автоэмиттер пленку активного вещества. Пленка циркония на вольфра.ме позволяет локализовать э.миссию в угле 0,05-0,1 стерадиан 1, гафния - до 0,010,02 стерадиан 2.

Недостатками такой конструкции являются необходимость н дополнительном внешне.м источнике Напыляемого элемента и .малый срок службы, так как в результате ионной бомбардировки поверхности эмиттера происходит распыление нленки активного компонента.

Наиболее близким к изобретению техничеокн.м решением является автоэмиттер с лока.шзованной эмиссией, выполненный в виде острия из тугоплавкого материала с присадкой элемента, образуюшего на поверхности пленку с низкой работой выхода 3.

В этом техническом решении для создания локализации уже не нужен дополнительный Е5ненп1ий источник Напыления. Однако, выполненные в соответствии с этим решеiH-iCM катоды обладают недостаточным сроком с.тужбы и электронной свети .мости.

Целью изобретения является увеличение срока службы автоэмиттера и увеличение его светимости.

Ностав.1енная цель достигается тем, что азтоэ,1ектронный эмиттер с локализованной эмиссией, вьнюлПенной в виде острия из тугоплавкого металла с присадкой элемента, образуюнито на поверхности пленку с низкой работой выхода, в качестве присадки острие содержит но крайней мере один из элементов, взятых из группы литий, натрий, ка.лпй, цезий в количестве 0,05-0,1 вес%.

З ффект .локализации э.миссионного тока достигается сочетание.м процесса термического акти1и1рования эмиттируюшей поверхности острия эмиссионпо-активной присадкой, растворенной в его объеме и доставленной на его поверхность за счет диффузии с процессо.м термополевой нерестройки, при кото)()й происходит рельефное выделение наиболее илотноунакованных граней. В резу.льтате на новерхности острия образуются микровыстуиь:, состоящие из скоплеш-1я атомов э.миссионно-активной присадки, копцептрируюшихся, главным образом, 1 местах наибольшего градиента электрического поля. На микровыступах происходит локальное усиление электрического поля, а также за счет хемисорбционного взаимодействия электроположительного к подложке адсорбата избирательное снижение работы выхода. Суммарный эффект изменения Е и У для центральной грани позволяет реализовать большую степень локализации эмиссионного тока.

Эффект избирательного изменения работы выхода центральной грани острия зависит от величины дипольного момента двойного слоя, который в свою очередь зависит от радиуса атома адсорбата Гц, и плотности упаковки рассматриваемой грани подложки /hkl. Чем больше Гд, и чем больше phkE , тем больше будет значение Р. Среди электроположительных элементов наибольшее значение г имеют щелочные металлы Li, Na, К, Cs. К плотноупакованным граням 0 W, имеющим тенденцию выделяться от «термополевой перестройки, относятся грани (110), (100), (112). В соответствии с этим разрабатывалась система вольфрам + щелочные металлы (с ориентацией на одну из указанных граней).

Основная трудность - создание сплава тугоплавкого металла с щелочным - заключается в большей разнице их температур давления и испарения. Однако при получении монокритасталла W методом электронной зонной плавки данные металлы могут быть растворены в вольфрамовой матрице с общей концентрацией около 0,1%.

Нижняя граница содержания элементов (0,05 вес.%) определяет минимальный срок службы в 100 ч. При меньшем содержании элементов он становится .менее 100 ч., что не соответствует условиям работы автоэмиттера в микроскопе.

Сплав может быть получен зонной плавкой электронным лучом за два прохода скоростью 2-4 мм/мин вдоль кристаллографической оси 001. Образцы поперечным сечением 0,3x0,3 мм вырезаются вдоль этой оси электроискровым способом.

Травление острия производят в 1,5 N растворе NaOH при напряжении 5 В и токе 20мА.

Автоэмиттер монтировался в автоэлектронном микроскопе и откачивался до давления , соответствующего рабоче.му вакууму в электронно-зондовых приборах.

Прогрев автоэмиттера для активации при 1460 К в течение 3 мин в присутствии 5 поля 0,2 В/А приводит к миграции атомов из матрицы на поверхность острия и образованною устойчивого скопления на грайи (001). При нрогреве свыше 1600 К начина,1069029

j4

ется рост образований рядом с гранямиционарном режиме за 100 ч работы при

типа (110), что не удовлетворяет условиямэлектронной светимости пучка, равной 4х

локализации эмиссии.10 а/см - Sr ток эмиссии изменился меИспытания автокатода в рабочем вакууменее чем на 1%, что свидетельствует о по10 Па на срок службы показали, что в ста-вышении срока службы эмиттера.

АВТОЭЛЕКТРОННЫЙ ЭМИТТЕР С ЛОКАЛИЗОВАННОЙ ЭМИССИЕЙ, выполненный в виде острля из тугоплавкого металла с присадкой элемента, образующего на поверхности пленку с низкой работой вы.хода, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы эмиттера и его электронной светимости, в качестве присадки острие содержит по крайней мере один из элементов, взятых пз группы литий, натрий, калий, цезий в количестве 0,05-0,1 вес /0.