Холодный катод Советский патент 1981 года по МПК H01J1/308 

(54) ХОЛОДНЫЙ КАТОД

Изобретение относится к эмиссионной электронике и может быть использо вано в различных вакуумных, электронных и микроэлектронных приборах в качестве катода, работающего при комнат ной температуре. Известен холодный катод, представляющий собой р-п-переход, в котором эмиттИрующей поверхностью является р-слс й, выращенный на подложке п-типа. Прямое смещение подается на контакты, нанесенные на противоположные стороны. Контакт к р-слою вьтолняется в виде сетки или полос, чтобы не препятствовать электронам выходить в вакуум . Недостатком такого катода является относительно низкая эмиссионная спосо ность. Известен также холодный катод, содержащий р-п-переход и р-область, активированную до OTjjHiiaTenbHoro электронного сродства Недостаток известного холодного, катода - относительно низкая э4х|)ективность эмиссии и невозможность управления током эмиссии. Цель изобретения - увеличение эффективности эмиссии и возможность управления током эмиссии. Указанная цель достигается тем, что полупроводниковые р. и п-области выполнены из термоэлектрически анизотропного материала, главная ось которого ориентирована под углом 45 к плоскости эмиссии. В качестве термоэлектрически анн-- зотропного материала может быть использ ван дифосфид цинка (. На фиг. .представлена с.труктура холодного катода, где изображены п-область ZnPg 1 с концентрацией 3,5-10 см, р-область ZnP 2, легированная до , слой Cs 3 ислойСз О 4, нанесенные tta поверхность р-области К к К/ гокоотводные омические контакты. 3 На фиг. 2 представлена краевая фотоэмиссия поверхности р-ZnP.2. - Cs - ) и холодная эмиссия (б )при подсветке ИК-излучением на длине волны Л 2,0 мкм. При подаче прямого смещения на переход наблюдается эмиссия электронов в вакууме, величина которой зависит от вероятности выхода электронов и диффузионной длины электронов в р-Области. Не вышедшие в вакуум электроны рекомбинируют в р-слое с энергией рекомбинации, приходящейся на один электрон, намного меньшей, чем ширина запрещенной зоны Е.,. Из этого коли честен некоторая часть теряет энергию путем безизлучательной рекомбинации, Сюда включается и перепоглощение элек тронов. Это обстоятельство приводит к повыщению температуры катода. Расчеты проведенные для арсенида галлия показывают, что катод нагревается на 45 К при общей толщине катода 5 мкм, тепло проводности 0,4 Вт см К, ширине полос 2 мкм (расстояние между контактами по краям) и плотности тока эмиссии 34000 А -см . Такой нагрев катода уменьщает эмиссионный ток. При исполь зовании термоэлектрически анизотропного полупроводника нагрев образца по вышеуказанной причине создает дополнительную термо-ЭДС. Термо-ЭДС по направлению оси С больше в 160 раз величины термо-ЭДС по направлению, параллельному оси а (или В ). Это вы зывает результирующий поток термоэлектронов по направлению, перпендикулярному к плоскости эмиссии. Часть ., этого термоэлектронного тока преодол вает р-слой и эмиттирует в вакуум. Следовательно, такой катод обладает повьпиенной эффективностью. 54 Величина тока эмиссии может быть изменена при освещении импульсами ИК-света. ИК-иэлучение нагревает объем катода на некоторую величину дТ. В результате этого возникает термоЭДС И появляется поток термоэлектронов к эмиттирующей поверхности. Следовательно, такое устройство работает как фотокатод чувствительный в ИК-области света, что позволяет управлять током эмиссии. Предлагаемый эмиттер при позволяет получить плотность тока эмиссии А/см .Величина тока эмиссии изменяется ИК-подсветкой в пределах 0,510 А/см при освещенности ф О - 100 лм (Л 2 мкм). Эффективность эмиссии 10%. Формула изобретения Холодный катод, содержащий п-р-переход и р-область, активированную до отрицательного электронного сродства, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности эмиссии и возможности управления током эмиссии, полупроводниковые р- и п-области вьтолнены из термоэлектрически анизотропного материала, главная ось которого ориентирована под углом 45 к плоскости эмис.сии. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Белл Р. Л. Эьшттеры с отрицательным электронным сродством. М., Энергия, 1978, с. 127-132. 2.Geppert О. V. А proposed р. п junction cathode. - Proe. IEEE, 1966, V. 5A, S I, p. . (прототип)

(PUi.f