Способ диагностики электрических полей в электронных приборах Советский патент 1982 года по МПК H05H1/00 H01J9/42 

Изобретение относится к технике измерения электрических величин, а также к технике измерений или испыта НИИ в процессе изготовления и может быть использовано в электровакуумных и газонаполненных электронных приборах, находя1цих применение в электрон ной технике и физическом эксперименте. Для измерения электрических полей . в электронных приборах в широком интервале плотностей заряда электронов в случае, если необходимо .высокое пространственное разрешение, может быть применена диагностика с помощью пучков заряженных частиц 1 Известен способ измерения распределения электрического поля в магнетронном диоде с помощью электронного пучка 2 . Электронный пучок вводят в пространство взаимодействия в направлении магнитного поля,измеряют отклонение Л электронов луча в исследуемом пространстве под действием поля Е, а затем определяют усредненное вдоль пучка значение поля, воспользовавимсь рассчитанным заране соотношением между Л и Е. Однако электроны луча воздействую на состояние исследуемого заряда,кроме того,, возможно исследование только таких систем, через которые электроны луча могут пройти, не оседая на граничащих с исследуемым объемом стенках. Практически известный способ может быть использован лишь для низковольтных и достаточно коротких в направлении электронного луча приборов, где отклонение луча под действием присутствующих в исследуемом пространстве полей мало по сравнению с поперечными размерами этого пространства. Известен также способ диагностики электрических полей в электронных гфиборах, включающий введение в исследуемое пространство пучка нейтральных частиц и их ионизацию t3 Д, В исследуемое пространство магнИТного диода вводят вдоль направления магнитного поля пучок нейтральных частиц, производят ионизацию частиц пучка в исследуемом пространстве электронным ударом и измеряют ослабление интенсивности пучка д1, вызванное уходом на катоц ионов, движущихся под действием электрического, поля. Далее, зная связь величины Л1 с плотностью пространственного заряда, определяют в относительных единицах V i.Ti-UliHiLu. njrcj/if-. пучка иьччиния ГЛГ1ТПОС.1 i П1.и:и;т1)анс;твс 11(Э1о тпряда Недостаток данного c-iiocofia :1акл1э чметгя в том, что с ei-o помощью могут быть получен, сведения лишь об усредненЕ1ых вдоль пучка характеристиках электрического поля, вследствие чего этот способ не может быть применен для определения локальных характеристик электрического поля в случае, если поле неоднородно в направлении вдоль пучка. Цель изобретения - определить лок 1льные значения потенциала. Это достигается тем, что произво дят ионизацию частиц пучка в исследуемой точке и измеряют электрическ спектр ионов пучка на границе одног из электродов, ограничивающих иссле дуемое пространство, причем измерение производят в той области границы, где плотность ионного тока максимальная. Пример использования способа диагностики электрических полей для измерения распределения потенциала в приборе М-типа с вторично-эмиссио ным катодом. Могут быть использован магнетронный диод, магнетронный ген ратор или усилитель, которые широко применяются в -электронной технике. На чертеже изображен прибор, реализующий способ, сечение пространства взаимодействия. Прибор содержит анод 1, катод 2 с отверстием 3, термокатод-поджигатель 4, торцовые катодные экраны 5 и 6, печку 7 источника нейтральных частиц, рабочее вещество 8, диафраг мы 9 и 10 источника, сетки 11 и 12 анализирующей системы, коллектор 13 ионов. Магнетронный прибор при включенн магнитном поле 8 и анодном напряжении и JJ запускают током термоэмиСсии с поджигателя. В установившемся режиме в направлении вдоль магнитно го поля пропускают пучок нейтрсшьны частиц, поперечные размеры которого должны быть много меньше расстояния между катодом и анодом. Пучок части формируют с помощью источника, соетоящего из печки 7 с рабочим веществом 8 и диафрагм 9 и 10. При нагр ве печки создают поток частиц, вылетакддих через диафрагму 9. Интенсивность I потока задают, изменяя температуру Т печи. В случа эффузионного истечения 3,5.10 11 сгде Р - давление паров рабочего вещества в печке, Торр; А - площадь и(ели диафрагмы 9, см М - молекулярный вес частиц пуч ка. M;i noroKti ч 1стиц, покииувмих п чку через дизф1 агму , с помошьво лиафрагмы 10 in.ipe-unoT узкий пучок, котортлй пропускают в пространство взаимодействия магяетропного прибора через изготовленный из сетки торцовый экран 5. В пространстве взаимодействия производят локальную ионизацию.частиц пучка электронным ударом. Образовавшиеся ионы движутся к катоду и достигают его поверхности, поскольку в магнетронных приборах магнитное поле слабо искривляет траекторию иона. С помощью отверстия 3 в катоде выделяют поток ионов, попадаюп.их в анализатор. Энергетический спектр ионов, достигающих коллектора 13, определяют методом тормозящего поля, используя задерживающее ионы напряжение и, которое прикладывают между сетками 11 и 12. Энергия ионов, образованных на оси пучка, при влете в отверстие анализатора определяется пройденной разностью потенциалов и равна eV (где V - потенциал точки касания оси пучка и траектории иона, проходящей через отверстие, а е - заряд иона). Сетку 11 под потенциалом катода используют для того, чтобы выделить ток Зр ионов пучка на фоне значительно большего по величине тока обратной электронной бомбардировки. Электроны, попадающие в ангшизатор через отверстие 3, в дрейфовом пространстве между внутренней поверхностью катода и сеткой 11 закручиваются магнитным полем и оседают на поверхности катода, Второе дрейфовое пространство, существующее между сеткой 12 и коллектором 13, позволяет исключить попадание на коллектор электронов, которые могут возникнуть при включении напряжения U между сетками 11 и 12. Если фоновый ток ионов Зф , получающихся в результате ионизации молекул остаточного газа, мал по сравнению с током Зр, энергетическое распределение ионов, достигающих коллектора, должно иметь узкий пик при значении энергии . В этом случае определяют потенциал точки пересечения оси пучка с траекторией иона, проходящей через отверстие, используя измеренное значение ы. Если известна связь ионного тока на катод с давлением РП в приборе, можно найти величину Зф и определить значения РП/ при которых возможно проведение диагностики электрических полей предлагаемым способом. Расчеты показывают, что при использовании пучка атомов ртути диагностика возможна, если давление п приборе Торр.

Диэшюстякд лмЕ ктрич1.ч:ьих поле может быть пронплона и G га: онаполненных але ктронных приоорсэх при р . В этом случае для определения энергетического спектра ионов, образованных из частиц пучка, необходимо использование анализатора с сепарацией ионов по массе. Используя современн1ле масс-спектрометры с высоким разрешением, можно выделит малый ток ионов из частиц пучка на фоне значительно большего по величине потока ионов с отличаю«ейся массой.

Предлагаемый способ диагностики электрических полей с помощью пучка нейтральных частиц, в отличие от существующих, позволяет определить локальное значение потенциала в электровакуумных и газонаполненных

системах.

Формула изобретения Способ диагностики электрических полей в электронных приборах, включаьх)и1И в HrcJiejiyfMoo простра1п- 1 0 пучка ноПтилльных частиц и их иоии-илцпю, о т я и ч а ю щ и и что, г целью кпределення

f я TtM, значений потенциала, пролокальныхцг lJoдят ионичацию частиц пучка в исгледусмой точке и и мерягот энергетический спектр ионов пучка на границе одного из электродов, ограничивающих иccлeдyo юe пространство., причем измерение производят в той области границы, где плотность ионного тока максимальная.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Диагностика плазмы. Под. ред. Хадцлстоуна Р. и Леонарда С. М., Мир, 1967, с. 492.

2.Reverdin D.L. J. Appl. Phys, 1951, V. 22, p. 256-262.

3.Mathias L.E.J., Electronics, 1955, V. 1, 8, p. 8-24 (прототип).