Способ изготовления автоэлектронных катодов Советский патент 1983 года по МПК H01J9/02 H01J1/304 

Изобретение относится.к электронной технике, а именно к споС ббам обработки катодов с автоэмиссией, ограниченность технического применения которых связана с низкой стабильностью эмиссии электронов и низкой долговечностью автоэлектронных катодов .....

Известны способы изготовления автоэлектронного катода, обеспечивающие снижение адсорбции атомов на эмиттируюцей поверхности за счет создания сверхвысокого вакуума либо прогрева, при котором достигается десорбция атомов и сглаживание микрошероховатостей Cl.

Указанные способы технологически сложны, j-aK как требуют либо дорого- стоящей высоковакуумной техники, либо контроля степени огрубления вершины катода в процессе прогрева. В последнем случае адсорбционная активность эмиттирующей поверхности катодов снижается лишь временно, так что стабильность эмиссии првьиаается несущественно. Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления автоэлектронных катодов, в котором для повышения стабильности катод помещают в вакуумную с добавлением инертного газа, причем давление инертного газа на 1-2 порядка превышает давление остаточных газов. Способ обеспечивает формирование и поддержание в процессе работы атрмно-гладкой и свободной от адсорбированных атомов поверхности С2.

Однако, хотя достигалось повыше10ние стабильности эмиссии, долговечность катода, которую принято было однозначно связывать со стабильность Э1 1иссии, оставалась крайне низкой.

15

С помощью автоионномикроскопических исследований изучена зависимость долговечности катода от особенностей структурных изменений материала катода в приповерхностной области,

20 происходяпдах под действием ионной бомбардировки. На основании полученных данных показано, что низкая долговечность катода в случае обработки по способу-прототипу связана с 25 образованием в матерТ1але катода в условиях постоянного облучений нонами инертного газа газонаполненных пузырей-блистеров и взрывом их, приводящим к разрушению катода. При этом

30 существенно, что взрыв катодов имеет место даже при работе катода в режиме стабильной эмиссии. Целью изобретения является повы1г1ение стабильности эмиссии и долговечности автоэлектронного катода. Поставленная цель достигается тем что согласно способу изготовления автоэлектронного катода, включающе.му формирование атомно-гладкой поверхности катода в -присутствии инерт ного газа, катод облучают ионами инертного газа. при давлении пос|леднего 5-8-10 торг в режиме автоэлектронной эмиссии до дозы . ион/смЛ Формирование поверхности полевым испарением в атмосфере инертного газ позволяет получать атомно-гладкую поверхность вследствие предпочтительного испарения комплексов атом инертного газа - атом металла / образуюишхся на выступающих атомах. Адсорбцио1 ная активность -атомночистой поверхности велика, и ее эффективное понижение достигается, как показывают автоионно- и автоэлек тронно-микроскопические исследования материала приповерхностных облас тей катода, в результате облучения атомно-чистой и сглаженной поверхности катода ионами инертного газа (например, гелия ). Давление инертного газа не должно превышать значения 8-10 торр,выше которого в межэлектродном промежутке развивается разряд, разрушающий катод. С понижением давления инертного газа ниже торр становится существенной ионная компонента оста точны: с газов в потоке бомбардирующи катод ионов, что приводит к сниже- нию стабильности эмиссии обработанн го облучением катода. При облучении атомно-сглаженных поверхностей автоэлектронных катодо до различных доз экспериментгшьно .обнаружено, что стабильность эмисси эффективно повышается пои облучении до дозы 10 ион/см . При дальнейшем увеличении дозы облучения стабильность эмиссии снижается вследствие пересыщения поверхностного-слоя ине ным газом и образования зародышей пор, разупрочняющих материал катода При дозе облучения ниже Ю ион/см обработка неэффективна, так как ста бильность эмиссии повышается незначительно. На фиг. 1 дана временная характе ристика тока острийного вольфрамово го автокатода, обработанного по спо собу-прототипу; на фиг. 2 - временная характеристика тока автокатода, обработанного по предлагаемому способу до доэы 8 10 ион/см . Данный способ осуществляют в лаб раторных условиях. Вольфрамовый острийный автокатод помещают в вакуумную Келлеру автоионного микроскопа, после чего камеру откачивают до давления ,затем напускают в нее гелий до давления - 5 торр. На автоэлмттер подают напряжение эвтс ионного знака (ч- йа эмиттере ), и постепенным повышением напряжения до О 10 кВ испаряют его веришну до сформирования атомно-гладкой рабочей поверхности,- что регистрируется на экране автоионного микроскопа по однородности эмиссионного контраста ионного изобрсокения. Затем на эмиттере изменяют знак поля на отрицательный, и напряжение автоэлектронного знака повышают до кВ. При указанном напряжении и автрэлектронном токе 3 мкА облучение рабочей поверхности катода проводится в течение 2 с. При этом доза облучения составляет 9 10 ион/см 2. Из сравнения временных характеристик тока с автокатода, обработаннрго по способу-прототипу и по данноt. способу фиг. 1 и 2 ) , следует, что стабильность эг/шссии возрастает, и срок службы автокатрда увеличивается более, чем на порядок. Развакуумирование обработанного по данному способу катода с последуюи ими размещением его в вакуумной камере и откачкой не обнаруживает изменения.стабильности эмиссионной характеристики катода. Таким образом, данный способ позволяет увеличить стабильность эмиссии катода и его долговечность в условиях технического вакуума , причем в результате облучения ионами инертного газа химическая активность эмиссионной поверхности катода снижается настолько, что после обработки облучением в вакуумной камере возможно paзвaкyy шрование катода и установка его в электровакуумный прибор без необходимости какрй-либо обработки непосредственно в рабочем приборе, что существенно упрощает технологию изготовления электровакуумных приборов, использующих катоды с автоэмттссией. Формула изобретения Способ изготовления автоэлектронных катодов, включающий формирование атомно-гладкой поверхности в присутствии инертного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности эмиссии и долговечности автоэлектронного катода, его облучают ионами инертного газ при давлении последнего 5 -

в режиме автоэлектронной эмиссий до доза ион/см.

Источники информации,.. принятые во внимание при экспертизе

1.Нейакаливаемыв катоды. Сб. под ред. И.И. Елиисона. «.г Советское радио, 1974, с. 211-213.

2.ABTOpcieoe свидетельство СССР 1 358737,кя.Н 01 Л/30,1970(прототип..

4w: б

5 3 2

.о

i

50 юо 50 SOO гзо мин

/