Способ изготовления холодного катода

882 ОП ИСИЗОБРЕТЕНИЯ 1111700 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 14,11.75 (21) 2189108/25 51) М, Кл.-Н 011 9/02 Н 011 1/30 присоединением заявки осударственнык комитет СССР(45) Дата опубликования описания 30,11.79 3) УДК 621 385 0. Л, Галанский и В шкин гзоо етеш 71) Заявитель омский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники ОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОГО ОД о достиг б изгот дополн ия ниж пленки 300 А цц сфо пленкуспас5дитснесеской 200 - мцш азот Изобретение относится к электроннойтехнике, а цмзцно к технологии изготовления элементов элсктровакуумных приборов,в частности катодов,По основному авт. св. Ме 510982 известен 5способ изготовления холодного катода дляэлсктровакуумных приборов на основе тонкопленочной системы алюминий - нитридалюминия - алюминий путем последовательного нанесения слоев на нагретую под Оложку. Подложку нагревают до 200 -250 С, наносят пленку алюминия и осаждают на нее пленку нитрида кремния толщисной 200 в 3 А путем бомбардировки крем 15циевой мишеци сформированным пучкомионов азота. Однако катоды, изготовленные по этому способу, имеют недостаточно высокие параметры: ток эмиссии ц коэффициент токопе редачи. Основная причина этих недостатков заключается в том, что при нанесении пленки нцтрида кремния путем распыления кремниевой мишени сформированным пучком цоцов азота невозможно избежать от клонеция хцмпческого состава пленки от стехиометрцческого (ЯзМ,) в сторону избыточного содержания кремния, При использовании такой пленки в качестве диэлектрика холодного катода значительная часть 3 сквозного тока (тока, текущего через диэлектрик между металлическими электродами) обусловливается несвязанным избыточным кремнием. Эта часть сквозного тока не дает вклада в тот( эмиссии электронов в вакуум. Таким образом, такой холодный катод не может иметь большую эффективность т) (т 1 - отношение тока эмиссии электронов в вакуум к приложенной к катоду мощности) и соответственно большого коэффициента передачи а (а - отношение тока эмиссии к сквозному току). Наличие избыточного кремния в пленке диэлектрика снижает также ее электрическую прочность, а следовательно, рабочее напряжение холодного катода, а это ограничивает возможность получения больших значений эмнссионных токов.Целью изобретения является повышение тока эмиссии и коэффициента передачи катода, т, е. улучшение параметров катода. ается тем, что в цзвестныи овления холодного катода ввоцтельная операция. После нанего электрода и диэлектриченитрцда кремния толщиной путем распыления кремнцевоГ рм пров анным пучком ионов нптрпда кремния подвергают700882 Заказ 2657/13 НПО Поиск Изд.650 Тираж 923 Подписное Типография, пр. Сапунова, 2 электрохимической обработке в 1 - 3/,-ном растворе винной кислоты в течение 3 - 5 мин при постоянном напряжении, равном 10 - 12 В.При подаче на пленку положительногопотенциала относительно электролита последний диссоциирует, и под действием электрического поля ионы кислорода движутся сквозь диэлектрическую пленку нитрида кремния, связывая в ней избыточный кремний. Таким образом, по окончании этого процесса весь кремний в пленке оказывается связанным, Это приводит к значительному росту электрической прочности диэлектрика и уменьшению сквозной проводимости. Следовательно, после напыления верхнего электрода и работе МДМ системы в режиме холодного катода, с одной стороны, уменьшается сквозной ток, а, с другой стороны, катод может работать при более высоком рабочем напряжении и резко возрастает эмиссионный ток, так как он зависит от приложенного напряжения экспоненциально,При проведении электрохимической обработки существенное значение имеет режим ее проведения, т. е. тип электролита, напряжение, при котором ведется обработка, и время обработки. Напряжение электрохимической обработки должно быть достаточным для того, чтобы в пленку поступило столько кислорода, чтобы связать избыточный кремний во всей пленке по толщине, но оно ограничено сверху электрической прочностью пленки нитрида кремния.Оптимальным для диэлектрической пленкио нитрида кремния толщиной 200 - 300 А, используемой в холодном катоде, является напряжение 10 - 12 В, Время обработки должно быть достаточно большим, чтобы при данном напряжении успел связаться весь избыточный кремний, но оно не может быть слишком большим, так как по мере насыщения нитридной пленки кислородом последний начнет замещать азот в связях Я - М, и таким образом нитрид кремния превращается в оксид кремния, который по своим свойствам (температурная нестабильность, высокий коэффициент диффузии примесей и т, д,) уступает нитриду кремния как диэлектрик для холодного катода. Для пленок нитрида кремния оптимальным является время электрохимической обработки 3 - 5 мин, Важное значение имеет тип электролита и его процентное содержание, Электролит должен быть таким, чтобы после электрохимической обработки не увеличилась пористость диэлектрической пленки и чтобы во время обработки не происходило неконтролируемого химического взаи 1 О 15 20 25 30 35 10 45 50 55 60 модействия материала пленки с электролитом. Из исследованного широкого диапазона процентных содержаний электролита экспериментальным путем наилучшие результаты достигнуты при использовании 1 - 3% -ного раствора винной кислоты.Изготовление тонкопленочного холодного катода протекает следующим образом,На подложку из стекла, сапфира, ситалла и т. п тщательно промытую и обезгаженную и нагретую до 200 - 250 С в вакууме 1 10 -мм рт. ст. методом термического испарения навески с %-образного вольфрамового испарителя наносится нижний алюоминиевый слой толщиной 2000 А. Затем, также методом термического испарения, наносится защитный слой из моноокиси кремния толщиной 1 - 3 мкм, служащий для устранения краевых эффектов и выделения рабочей площади катода. Затем при остаточном давлении 3 10 -мм рт. ст. наносится пленка питрида кремния толщинойо200 - 300 А путем осаждения на подложку продуктов реакции при распылении кремниевой мишени сформированным пучком ионов азота. Далее подложка вынимается из вакуумной камеры и помещается в электролитическую ванну с 1 - 3-ным раствором винной кислоты. На пленку подается напряжение 10 - 12 В относительно катода из нержавеющей стали, помещенного в электролит. В этом режиме пленка выдерживается в течение 3 - 5 мин. В течение этого времени ведется непрерывный контроль за изменением сопротивления диэлектрической пленки. По окончании процесса электрохимической обработки подложка с пленкой тщательно промывается, а затем прогревается в вакууме при температуре 200 С в течение 1 ч с тем, чтобы удалить из пленки остатки электролита. После этого производится напыление верхнего алюмио ниевого электрода толщиной 100 А. Напыление производится в вакууме 110 -мм рт. ст. путем термического испарения навески с Ю-образного вольфрамового испарителя. Толщина пленки верхнего электрода контролируется в процессе напыления. Ф о р мул а изобретения Способ изготовления холодного катода по авт. св.510982, отличающийся тем, что, с целью улучшения параметров катода, пленку нитрида кремния подвергают электрохимической обработке в 1 - 3-ном растворе винной кислоты в течение 3 - 5 мин при постоянном напряжении, равном 10 - 12 В.