ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ КАТОД Советский патент 1973 года по МПК H01J1/13 

Изобретепие относится к области эмиссионной (катодной) электроники и микроэлектроники и может быть использовано в маломощных импульсных электронных приборах, в электроннолучевых трубках и электронных устройствах эмиссионной микроэлектроники.

Известны термоэлектронные катоды с прямым и косвенным подогревом, применяемые в электронных приборах.

Однако для таких катодов характерны относительно малый срок службы, обусловленный испарением активного компонента эмиссионных покрытий, длительная подготовка к действию, определяемая временем нагрева, трудности изготовления «точечных электронных источников и большие затраты мощности па подогрев.

Цель изобретения - понижение времени готовности, повышепие плотности эмиссионного тока и уменьшение размеров эмиттирующей поверхности.

Это достигается импульсным нагревом активного слоя катода за счет обратимого термического или электротермического пробоя тугоплавкого высокоомного полупроводника, например карбида кремния, заключенного между двумя электродами из тугоплавких металлов (W, Re, Mo, Та и пр.). Вследствие шнурования тока при пробое в подобной системе возникает тонкий капал с диаметром порядка

одного или пескольких микрон и высокой температурой, так что.область электродов, в которую входит шнур, испускает термоэлектроны. Эмиссия максимальна, если электроды

имеют пониженную работу выхода (например, W+Th) или- покрыты пленкой материала с малой работой выхода (например, барийстронциевым оксидом). .

Время развития термической лавины в процессе пробоя может быть меньще сек, поэтому импульс эмиссии появляется практически синхронно с импульсом пробивного напряжения, обеспечивающего накал эмиттера. Плотности эмиссионного тока могут быть велики (10 а/см) за счет импульсного режима работы и вследствие возможности перегрева катода без опасности испарения активного покрытия.

На фиг. 1, 2 и 3 показаны конструктивные

варианты катода и схема его включения; па фиг. 4 - качественный вид временной зависимости эмиссионного тока при подаче на катод импульса «накального напряжения, где 1 - тугоплавкая подложка (кварц, сапфир, ситалл

и т. д.); 2 - внутренний электрод из тугоплавкого металла (W, Re и т. д.);3 - пленка тугоплавкого полупроводника (например, SiC); 4 - внешний электрод (торированный вольфрам и пр.);- 5-эмиссионное покрытие (барийстронциевый оксид, слой редкоземельного

3

окисла и пр.); 6 - токовый шнур; 7 - анод; RQ - балластное сопротивление, ограничивающее ток накала; 4 -эмиссионый ток; U - напряжение «накала ; Тз - время задержки включения катода (тз 10- сек); to - время «после эмиссии (тс ;; Тз).

Таким образом, иредлагаемый микротермокатод с импульсным подогревом обеспечивает: мгновенную готовность к действию (время иагрева может быть порядка долей микросекунды и меньше); высокие плотности эмиссионного тока (10 а/см) вследствие возможности перегрева катода без опасности испарения активного покрытия ввиду импульсного питания накала; возможность крайне острой фокусировки электронного луча благодаря малым размерам эмиттирующей поверхности; большие сроки службы за счет импульсного накала, снижающего потери активного вещества вследствие испарения; экономичность - в результате работы катода в импульсном режиме, снижающем среднюю потребляемую мощность.

Предмет изобретения

Термоэлектронный катод, содержащий подогреватель и эмиссионное покрытие, отличающийся тем, что, с целью понижения времени готовности, повышение плотности эмиссионного тока и уменьщения размеров эмиттирующей поверхности, подогреватель катода выполнен в виде полупроводникового порогового переклЕочателя с обратимым электротермическим пробоем, причем внешний электрод переключателя служит подложкой для эмиссионного покрытия.