Способ изготовления острийного автоэлектронного катода Советский патент 1978 года по МПК H01J9/02 H01J1/304 

1

Изобретение относится к способам изготовления катодов с автоэмиссиер, используемых в элек ронной промышленности в качестве ненакаливаемых источников электронов.

Известен способ изготовления автоэлсктроппых катодов с пониженным рабочи.м наиряжеиием 1. Этот снособ основан на формоизменении вершины острнй нрн приложении к ипм поля высокой напряженности 10-Ю В/см. Прн этом для активации нроцессов переноса масс на поверхности острия, обеснечива ошнх формоизменение, приме 1яется нагрев острин. При изготовлении острпй с применением термического активирования иоверхпость оказывается неатомиогладкой; в процессе формирования наблюдается неуправляемый рост некоторых граней, нрофиль острия оказывается спльно зависящим от температуры, поэтому необходим тш,ательиый контроль ее. Иедостатком способа является также пеобходимость Б высокотемнературп.ом прогреве всего катодно1-о у.-ига.

Известен чакжс способ ii:j оюи.чсния аитоэлектронпы.ч ка1Ч)Д(л;, ик.почакицпй бомбарД11рО1и у il()lla,rii iilKpiiKU (j i;i:;;i иошрхности к;пч)д:1 iiyic.vi ирпло/кспня ();i пюгч и iiOTcHii,na.i()K .vK/K.i. (К-r|)iiiiiiuM i arovi.oM ii анодом 2|.

В процессе ионной бомбардировкп вследствпе распыления и радпационно-стнму.чнрованной диффузии обычно нмеет место фл ктуацпо 111ос прорастание микровыстунов на эмнттируюн1,ей поверхности, в результате чего 1-сомстрия катода изменяется пеконтролнрлемым образом. Следствпе.м этого являются неетаби.чьпость эмпссиоппых характеристик и иевозможность вооироизводимостн эмиссионных характеристик катодов, т. е. получения идентичных катодов с задаппымн характеристиками и заданным рабочим аиряжеппем.

Целью пзобретенпя является повышение

воснроизводимости эмиссионной характеристики автоэлсктропныл катодов.

Поставлениая цель достигается тем, что в снособс изготовления острийного автоэлектронного катода, включающем бомбардировку ионамн инертного газа поверхности катода, между острнйпым катодом п анодом прикладывают разность noTeinuia.ioii, соотиетст1 у1ощуи) п.ютности автоэ.чект)oiii(or(j чокл ||о)ядка К) Л/сМ-, rsbLU i:-i i liaiiyr каюд при JTOII разно;-rii ii(Vi4-iiHiia.(in ;iii но|;ыикч(11я ii. loi iii) li IoK.i ,i.(i 10 Л см , -i.ircM p;i,aior 11, iioi4ii una.K u; г i пгпч, lo iin 1111/1чан)1 Д1) ::||;г1С1П1я раГючпп nлпря.Ксния

Inrpiii.HOi о ar.iu ).UKi piiiiiioru ).1.а. ног.го ряя при этом на каждой ступени цикл измеиения значения плотности тока. При нагружепии полем, соответствующим плотности автоэлектронного тока 10 А/см наблюдается резкий подъем эмиссионного тока вследствие обострения катода. По достижении плотности тока ЮА/см рост тока прекращается, и эмиссия стабилизируется. Затем образец нагружают электрическим полем, потенциал которого на 10-20% ниже предществующего потенциала, для того чтобы плотность автоэмиссиониого тока снизить до значения 10 Д/см, и далее цикл повторяется. Снижение разности потенциалов снова приводит к росту эмиссионного тока, связанному с дальнейщим обострением эмиттера; при достижении по мере обострения эмиттера плотности тока порядка 10 А/см скорость обострения падает, и эмиссия стабилизируется. Операции ступенчатого попижения разности потенциалов и выдержки катода при этой разности потенциалов повторяется до тех пор, пока напряжение обработки не достигнет величины требуемого рабочего напряжения ( В). Указанный интервал плотностей автоэлектронного тока ( А/см), при которых осуществляется обработка катодов в атмосфере инертного газа, определяет эффективность воздействия ионов на поверхность и соответственно ее однородность, так как от величины плотности автоэмиссионного тока зависит вероятность ионизации распыленных с поверхности катода частиц, присутствующих в потоке бомбардирующих ионов и включающих тяжелые атомы материала катода и комплексы атомов адсорбированного на его поверхности газа. При плотности автоэлектроиного тока 10 А/см вероятность ионизации распыленных с поверхности частиц при соудареиии с автоэлектронами такова, что ионы образуются на различных расстояниях от поверхности, причем энергия этих ионов тем больще, чем дальше от поверхности они образовались. С увеличением (по мере обострения катода) плотности автоэлектронного тока растет вероятность ионизации электронным ударом атомов, распылепных с поверхности катода. С ростом вероятиости ионизации последняя происходит на все меньщих расстояниях от поверхпости катода, и пропорционально уменьщается средняя энергия ионов, бомбардирующих новерхность. При достижении плотности тока 10 А/см ионизация происходит уже непосредственно вблизи поверхности катода, так что бомбардирующие ионы оказываются низкоэнергетичными. При такой плотности тока обострение прекращается, эмиссия стабилизируется, и для дальнейщего обострения необходимо обработку провести уже при меньщей разности потенциалов, соответствующей нлотности тока 10 АУсм. Таким образом, ступенчатость обработки катодов обусловлена прекращением процесса обострения при постоянной разности потенциалов по достижении плотности тока 10 А/см. Пример. Осуществление предлагаемого способа на острийных автокатодах из вольфрама и вольфрам-рениевых сплавов с концентрацией рения 5-20 ат. %. Катод из вольфрама изготовляют электрохимическим полированием проволочной заготовки до радиуса кривизны верщины 260 А. Затем в вакуумную камеру, предварительно откачанную до тор. добавляют неон до давления 10 тор., а разность потенциалов между катодом и анодом повышают до 800 В. При этом плотность электронного тока составляет 10 А/см. Катод выдерживают при этой разности потенциалов 5 с до стабилизации эмиссии: плотность тока достигает 10 А/см. Затем напряжение обработки понижают на 10% (до 720 В) и снова катод выдерживают при постоянной разности потенциалов. Цикл повторяют до тех пор, пока напряжение обработки не достигнет требуемого значения рабочего напряжения 300 В. Радиус кривизны у верщины уменьшится до 100 А. В результате проведенных экспериментов были получены острийные катоды, воспроизводимость эмиссионных характеристик которых обеспечивалась с точностью до 2%. Основными преимуществами предложенного способа являются возможность получения острийных катодов с идеальной атомно-гладкой поверхностью, обеспечивающая воспроизводимость характеристик катода, и соответствие рабочего напряжения полученного катода требуемому в ириборе напряжению с точностью до 2%. Предложенный способ может быть также использован для регенерации острийпых образцов, используемых для автоионномикроскопических исследований. Способ позволяет обострить образец, огрубивщийся при послойном полевом испарении, непосредственно в вакуумной камере и продолжать исследовапие его без разгерметизации системы. Формула изобретения Способ изготовления острийного автоэлектронного катода, включающий бомбардировку ионами инертного газа иоверхности катода путем приложепия разности потепциалов между острийным катодом и анодом, отличающийся тем, что, с целью повыщения воспроизводимости эмиссионной характеристики катодов, прикладывают разность потенциалов, соответствующую плотности автоэлектронного тока по56

рядка 10 A/cм выдерживают катод приИсточники информации, этой разности потенциалов до повышенияпринятые во внимание при экспертизе плотности тока до 10 А/см затем разность1. Елинсон М. И., Васильев Г. Ф. Автопотенциалов понижают ступенчато до зна-электронная энергия, М., ГИФМЛ, 1958, чения рабочего напряжения острийного ав-5 с. 86, 144.

тоэлектронного катода, при этом на каждой2. «Ненакаливаемые катоды, нод ред.

ступени повторяют цикл изменения значе-М. И. Елиисона, М., «Советское радио,

ния плотности тока.1974, с. 215.

630669