Термоэлектронный катод Советский патент 1981 года по МПК H01J1/14 

(54) ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ КАТОД

o6.ia;i.:iioT, как правило, no.ix iipoiiii.uniKOBoil ipOB;LinMOCTbK П их refJMOy.icKTpnrinaH paooTj F5 ixo;ui S определяется расстоянием от уровня Ферми до уровня вакуума, так как S х г , где X - электронное ередетво полупроводника, а расстояние между уровнем Ферми и дном зоны проводимости Е . На фиг. 1 показана зонная диаграмма полупроводника, иоясня.ощая эти соотношения (Е --потолок валентной зоны/.

Значительный ток эмиссни известных катодов доетигается при их активировании (термообработке с последующи.м отбором тока), вызывающем понижение термоэлектронной работы выхода катодного материала, как за счет уменьшения х, так и за счет уменьшения .

При активировании происходит восстаиовленир окисла металлом керна или введенными него присадками (Si, А1, W, Mg, Zr, Ва и др.) с образованием стехиометрического избытка металла окисла (или вакансий кислорода), которые служат донорами в окисной системе, обуславливая смешение уровня Ферми к дну зоны проводимости, т. е. уменьшение . Одновременно в результате диффузии образовавшихся избыточных атомов к поверхности происходит пош1жение х за счет образования на поверхности окисла электроположительного двойного слоя.

Достигаемая в результате активирования сравнительно низкая работа выхода катодного материала (,3- 1,4 эВ для оксидного катода (Ва, Sr, Са)-О при Т вОО ) затрудняет получение безбарьерпого контакта к активному катодному ;:1К|М)1тпю

Ка известно, высота контактного барьеру fia ранние метал.т-полупроводник оиредлмяется соотнои1ен1 е f Ф - S - :-ф . где Ф--- п:к(Я;| выхода металла. С..), г.: . В с.чучае Ni I 1.8 :)В) или .о (ф - 4,27 эВ), соглас|Г ;: 1 : cnoTiii/.iioii.iiio. велпчини V будет ci.;r::;,. 11.;г) i.) , f (считая, что X для |)кс :дного кат(.)да равно 0,3 эВ), т. е. )с)нная - миссия катода будет лимитиро. не работой выхода эмиттируюш.ей . )В(рхности S. и в|,1с()той контактного барьер;} V S (фиг. 2). которая и будет опреде.иггь -ailnjieKTHiuiocTb эмиссии.

Резерр.ом г;овышения эффективности ..миссии iCj;.:o,;i(M TpoHHoro катода является соз.таиие условий д.пя перехода электронов из .керна в покрытие путем туннелирования сквозь спепнально суженный контактный барьер.

Эта цель может быть достигнута путем .(Миривания прилегающей к керну области

покрытия мелкими донорными примесями с концентрапией более 10 см. В это.м сл.учае (фиг 3) барьер становится настолько учким, что веледствие туннельного эффекта не ограничивает прохождение электронов (13 металла в активный слой. Необходимую для этого концентрацию легирующей примеси, предпо.ложив, что при рабочих температурах катода примесь полностью ионизирована, легко оценить по формуле

Ек.(

- f ,- ч .

где Е -диэлектрическая проницае.мость активного покрытия;

k -постоянная Больцмана;

Т -рабочая температура эмиттера:

q -заряд электрона;

LD-длина экранирования.

Подставляя в эту формулу реальные значения параметров , Т 1000°К, и, считая, что туннельный эффект оеуществляется при толщинах LD 10 см, получаем что N должно быть 3 10 ем. Очевидно, что такое легирование, используемое и как дополнение к снижению работы выхода керна-подложки, будет способствовать увеличению эффективности эмиссии. Достижение более высокой эффективности эмиссии позволяет понизить рабочую температуру катода, что приводит к увеличению ресурса его работы и, тем самым, ресурса электронного (ионного) прибора 0 в целом, так как известно, что срок службы таких приборов определяется в основном сроком службы их катодов.

Кроме того, использование изобретения позволяет повысить надежность приборов и стабильность его параметров и характе5 ристик.

Формула изобретения

Термоэлектронный катод, содержащий керн и нанесенное на него активное термоэмиссионное покрытие, отличающийся тем, что, с цельк) повышения эффективности эмиссии, прилегающая к керну область активного термоэмиссионного покрытия легирована 5 примесями с мелкими уровнями с концентрацией более 10 -см

Источники информации, прин.чтые во внимание при экспертизе

1.Кудинцева Г. А. и др. Термоэлектрон0 ные катоды. М., «Энергия, 1966, с. 103.

2.Добрецов Л. Н. и Гомоюнова М. В. Эмиссионная электроника. М., «Наука, 1966, с. 207 (прототип).

//////////////////.