СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ПРИБОРА Советский патент 1996 года по МПК H01J9/38 

Изобретение относится к технологическому процессу производства электровакуумных приборов, а именно к процессу ионной очистки и обезгаживанию электродов электровакуумного прибора (ЭВП) на откачном посту.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки электродов за счет десорбции внедрившихся в материал электродов атомов инертного газа.

На чертеже представлены схема вакуумной системы откачного поста и блок-схема подключения источников питания к электродам обрабатываемого ЭВП.

Вакуумная система откачного поста, кроме типовых элементов форвакуумного и турбомолекулярного насоса, монометрических датчиков и высоковакуумного вентиля 1, содержит в верхней высоковакуумной части вакуум-провода (выше высоковакуумного вентиля 1) обводной вакуум-провод 2 и дозирующие вентили-натекатели 3, которые подключены к баллонам "рабочего" газа (с аргоном и азотом), что позволяет производить напуск аргона или азота, а диффузный натекатель 4 водорода ТОНВ-1, установленный в верхней части вакуум-провода поста вне обводного вакуум-провода, позволяет напускать в объем ЭВП 5 водород.

Обработка поверхности электродов ЭВП ступенчатой по массам ионной бомбардировкой на откачном посту производится следующим образом.

Установленный на откачной пост ЭВП 5 откачивают до высокого вакуума P ≅ 1•10^-6 5•10^-7, после чего переключают линию откачки ЭВП через обводной вакуум-провод (уменьшая таким образом проводимость вакуумной системы), для чего перекрывают высоковакуумный вентиль 1 поста и открывают вакуумные вентили 6 и 7 обводного вакуум-провода, после чего дозирующим вентилем-натекателем 8 или 9 устанавливают давление рабочего газа порядка P ≈ (1 5)•10^-2 тор (например, для распыления атомов, ксенона, вначале рабочим газом является аргон, затем, для распыления атомов аргона рабочим газом будет являться азот, а для распыления нейтрализованных ионов азота "рабочим" газом будет являться водород). Затем включают выпрямитель 10 и устанавливают рабочее напряжение, величина которого зависит от рода газа и недостаточна для зажигания самостоятельного разряда в межэлектродном пространстве, образованном очищаемым и смежным с ним электродом, и подачей на очищаемый электрод высокочастотного напряжения осциллятора 11 зажигают разряд (при отключении осциллятора разряд должен прекращаться), подвергая таким образом очищаемый электрод ионной бомбардировке. Экспериментально установлено, что ионная бомбардировка в течение 2 3 мин с удельной мощностью рассеяния 0,05 0,10 Вт/см² достаточна для эффективной очистки электродов от сорбированных "тяжелых" атомов инертного газа.

По завершении процесса очистки всех электродов ЭВП "рабочим" газом 1-й ступени, например аргоном, закрывают дозирующий вентиль-натекатель 8, открывают высоковакуумный вентиль 1 откачного поста и откачивают ЭВП 5 до высокого вакуума 5•10^-7 тор, после чего переходят к очистке поверхности электродов ЭВП "рабочим" газом меньшей атомной массы, например азотом, для чего вновь закрывают высоковакуумный вентиль откачного поста и дозирующим вентилем-натекателем 9 напускают азот, устанавливая рабочее давление, необходимое для очистки электродов ЭВП в несамостоятельным разряде, и вновь производят очистку поверхности электродов ЭВП ионной бомбардировкой. По завершении процесса очистки электродов ионами азота закрывают дозирующий вентиль-натекатель, открывают высоковакуумный вентиль 1 поста и вновь откачивают ЭВП до высокого вакуума, после чего переходят к очистке поверхности электродов ионами водорода, для чего закрывают высоковакуумный вентиль 1 поста и открывают вентили 6 и 7, и диффузным натекателем 4 водорода ТОНВ устанавливают необходимое давление водорода, и производят очистку поверхности электродов ЭВП ионами водорода.

Энергия ионов, бомбардирующих поверхность, зависит от атомных масс распыляемых газов и определяется соотношением для аргона и азота

а для водорода

где М₁ атомная масса материала электрода;
M₂ атомная масса распыляемого газа;
M_i атомная масса иона, бомбардирующего поверхность электрода ЭВП;
U_кр величина критического потенциала катодного распыления, равная 500 В.

После завершения процесса очистки поверхности электродов ионной бомбардировкой производят обезгаживание электродов ЭВП укороченной по времени на 60 70% высокотемпературной выдержкой в высоком вакууме при температурах их обезгаживания.

П р и м е р. Оценка эффективности предлагаемого способа и его сравнение с действующим технологическими процессами обезгаживания производились на приборах, у которых эмиттирующая поверхность катода содержала пленку активного вещества, нанесенную методом катодного распыления в аргоне.

На приборы были установлены омегатроны РМО-13, позволяющие производить исследование спектра остаточного газа и газовыделений в срезанном с откачного поста ЭВП по завершении его процесса обезгаживания.

Исследуемые ЭВП обрабатывались в следующих режимах на откачном посту:
I. Обезгаживание электродов ЭВП путем длительной и высокотемпературной выдержки в высоком вакууме (Т 550^oC, U_н 1,1 U_{н.номин}; P 2 5•10^-7 тор; t 8_r; (U_н напряжение накала катода).

II. Очистка поверхности электродов бомбардировкой ионами водорода в течение 3 мин при удельной мощности ионной бомбардировки 0,2 Вт/см², затем высокотемпературная обработка при Т 550^oC; U_н 1,1 U_{н.номин}; P 2 5•10^-7 тор; t 4 ч.

III. Очистка поверхности электродов бомбардировкой ионами азота в течение 3-х мин при удельной мощности ионной бомбардировки 0,1 Вт/см². Затем бомбардировка поверхности электродов ионами водорода в течение 3-х мин при удельной мощности ионной бомбардировки 0,2 Вт/см², после чего высокотемпературная обработка электродов в высоком вакууме Т 550^oC; U_н 1,1 U_{н.номин}; P 2 5•10^-7 тор; t 2,5 ч.

Результаты измерения спектра остаточного газа и газовыделений представлены в таблице.

Спектр остаточного газа и газовыделений из электродов ЭВП, измеренных:
a) до включения накала U_н 0;
б) через 10 мин после включения U_н 1,1 U_н.ном;
в) через 10 мин после выключения U_н.

Из таблицы видно, что очистка поверхности электродов данным способом обеспечивает уменьшение на 1,5 2 порядка величин парциальных давлений компонентов остаточного газа Ar, в среде которого производилось напыление тонких пленок на поверхность электродов или их ионное травление, обеспечивает увеличение электрической прочности межэлектродных промежутков, улучшает эмиссионные характеристики катодов и позволяет при одновременном сокращении продолжительности процесса откачки ЭВП на 30 40% улучшить вакуум в отпаянном ЭВП примерно на порядок.

Изобретение относится к технологии производства электровакуумных приборов, в частности к процессу ионной очистки и обезгаживания электродов электровакуумного прибора (ЭВП) на откачном посту. Цель изобретения - повышение эффективности очистки электродов - достигается путем десорбции внедрившихся в материал электродов атомов инертного газа. В соответствии с предложенным способом в объем прибора последовательными ступенями напускают газ, атомная масса которого меньше атомной массы десорбируемого газа, бомбардировку электрода осуществляют на каждой ступени откачки. При этом энергию ионов выбирают прямо пропорциональной корню квадратному из произведения атомных масс материала электрода и десорбируемого газа. Способ улучшает эмиссионные характеристики катодов и позволяет при одновременном сокращении продолжительности откачки ЭВП на 30 - 40% улучшить вакуум в отпаянном ЭВП примерно на порядок. 1 табл., 1 ил.

Способ очистки электродов электровакуумного прибора, включающий ионную бомбардировку поверхности очищаемого электрода в несамостоятельном газовом разряде при одновременной подаче на очищаемый электрод постоянного напряжения и высокочастотного напряжения, инициирующего газовый разряд, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки электродов за счет десорбции внедрившихся в материал электродов атомов инертного газа, в объем прибора последовательно ступенями напускают газ, атомная масса которого меньше атомной массы десорбируемого газа, бомбардировку электрода осуществляют на каждой ступени откачкой газа, а энергию бомбардирующих электрод ионов устанавливают прямо пропорциональной корню квадратному из произведения атомных масс материала электрода и десорбируемого газа и обратно пропорциональной атомной массе бомбардирующего иона.