Способ получения электронного потока

О П И С А Н И Е 399933ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Зависимое от авт. свиЗаявлено 20.1 Х.1971 (Ю ельства1701861/26-2. Кл. Н 011 1,30 присоединением заявкиссударственный камите 1Совета Министров СССРно делам изобретенийи открытий риоритетпубликовацо ОЗ.Х,1973, Бюллетень3 К 621.385.032,212 (088.8) сания 18.11,19 та опубликования Автор зобретец кис.Ю.Ю аявител ОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА Изобретение относится к эмиссионной электронике и может быть применено в электронных устройствах, предназначенных для создания электронных потоков, модулированных с частотой переменного электрического поля или в виде импульсов различной формы.Известны способы получения модулированных пачек электронов, следующих со сверхвысокой частотой (СВЧ) при воздействии на полупроводник сильным электрическим СВЧ- полем. Эти способы характеризуются тем, что для получения эмиссии электронов используют разогрев электронов в полупроводниковом катоде при воздействии сильным СВЧ-полем ца монокристалл полупроводника, например германия или кремния, эмиттирующую поверхность которого покрывают моноатомными пленками металла, например цезия, с целью уменьшения внешней работы выхода электронов с этой поверхности. Таким образом возникает эффект эмиссии горячих электронов, причем эмиссия следует пачками согласно закону изменения СВЧ-поля.Однако при реализации известного способа получения пачек электронов необходимо наносить металлическое пленочное покрытие, в случае отсутствия которого эмиссия электронов не возникает. Кроме того, достигается сравнительно малая величина эмиссионного тока (плотность тока це более 10-2 а). Величина эмиссионного тока низкая или даже отсутствует, если толщина пленки цезия значительно превышает моцоатомный слой, так как в этом случае внешняя работа выхода элект ронов не снижастся и они не могут быть эмцттированными в вакуум. Помимо этого, значительно усложняется технология изготовления полупроводниковых катодов,Целью изобретения является увеличение 10 тока эмиссии электронов.Для этого поверхность полупроводника покрывают слоем диэлектрика, например слоем окиси того же полупроводцика, и помещают в переменное электрическое поле, напряжен ность которого уменьшается в объеме катодаот его основания к эмиттирующей поверхности, а на границе эмцттирующая поверхность - вакуум создают градиент напряженности электрического поля, имеющий противо положцое направление относительно градиента напряженности переменного электрического поля в объеме катода. Время изменения возбуждающего переменного электрического поля выбирают большим времени безынер ционной релаксации электронов, образующихток в объеме катода, цо меньшим времени рекомбинации этих электронов, в объеме катода создают градиент концентрации электронов от основания к эмпттцрующей поверхно сти.60 65 Изображение пояснепо чертежами,На фиг. 1 приведена диаграмма переменных электрических полей в системе анод -полупроводниковый катод с металлическимконтактом; ца фиг, 2 - схема устройства,предназначенного для осуществления предложенного способа.Способ получения электронного потокапояспец фиг. 1.В катоде-полупроводнике 1 с металлическим контактом 2 имеотся две условные зоны3 и 4, в которых напряженность переменногоэлектрического поля соответственно Е, и Епри этом (Е ) )Е( по абсолютной величинеи при одинаковых зпаках вектора поля (вдиаграмме фиг. 1 показано положение, когдаполя Еь Е 2 и Ез положигельцы, цо возможпосочетание полей, когда Е и Е отрицательпыа Е - положительное), При таких соотношениях Е, и Е. возникает внутренняя э.д.с., благодаря которой церавцовесцые электроны, возбуждецпые сильными перемеппыми электрическими полями Е и Е, перемещается от зоны 3 через область 4 к эмиттирующей поверхности катода с тонким слоем пористого диэлектрика 5, например окиси того же полупроводника, что и катод 1.В показанном па фиг. 1 положении в объеме полупроводника создают отрицательцыйградиент цапряжепности переменного электЙЕ,рического поля, благодаря которому вХкристалле в областях 3 и 4 и возникает внутренпий ток электроов. Из-за градиента цапряжепности электрического поля подвижность электронов в объеме катода 1 различнав областях 3, 4 и 5, поэтому возможно накопление электронов в области 5. Область.5 представляет собой тонкий слой (порядка нескольких десятков ангстрем) пористого диэлектрика, например окиси того же полупроводника,что служит устойчивоц областью уровней захвата неравновесных электронов, участвующих в эмиссии.Между поверхностью области 5 и металлическим электродом - анодом 6 приложеноэлектрическое поле Ез (переменное или постоянное), причем Ез)Е, так что в областиэмиттирующая поверхность - вакуум образуют другой положительпый градиент напряженности суммарного электрического поляЕ 2способствующий выходу электронов изИхобласти 5 в вакуум, причем электронный поток оказывается модулировацым по плотности согласпо закону изменения возбуждающего электрического поля в объеме полупроводпикового катода, т, е, по закону Е, и Е 2, и доцолцительцо модулированный полем Ез, еслиноле Ез переменное.С целью увеличения тока эмиссии электроцов следует выбирать время изменения переменных электрических полей Е, и Е большим,чем время безыперционпой релаксации электронов для дацпого катода-полупроводника,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чтобы ток в объеме катода был одного знака за время одного полупериода возбуждения неравновесных электронов полями Е, и Е 2, цо оно должно быть меньшим времени рекомбинации электронов.С целью упрощения процесса возникновения эмиссии электронов в вакуум можно заранее создавать градиент посителей в областях 3 и 4 при отсутствии возбуждающих переменных электрических полей, например, способами, сущпость которых заключается в образовании в полупроводнике областей 3 и 4 или 2 и 3 с различцыми концентрациями электронов и возможной их диффузией в сторону эмиттирующей поверхности 5 при компатцой температуре. Эта разница концентраций электронов, очевидно, увеличится при появлении возбуждающих переменных электрических полей Еь Е 2, и эмиссия электронов появится при меньшей напряженности переменного электрического поля, чем в предыдущих случаях.Предложепцый способ получения модулированного по плотности потока электронов может быть реализован, например, при помощи устройства, схема которого приведена ца фиг. 2.Устройство представляет собой электровакуумный диод, образованный катодом 7 с металлическим держателем 8 и анодом 6. В случае применения СВЧ-поля для возбуждепия электронов в катоде, внешний металлический цилиндр 9 вместе с анодом, катодом и держателем образуют отрезок коаксиальцой лилии передачи для волны типа ТЕ, закорочецпый со стороны апода 6. В этом случае расстояние 10 выбирают равным Ьф/4, где Ь - эффективная длина волны возбуждающего полупроводниковый катод СВЧ-сигнала с учетом возмущеция поля из-за влияния диэлектрической пропицаемости полупроводника катода.Устройство позволяет провести все исследования, связанные с испытанием холодных полупроводпиковых катодов различного назначения и с различными техническими характеристиками при паличии возбуждающего СВЧ-поля. Получены результаты, показывающие, что предлагаемым способом можно получить плотности тока эмиссии электронов порядка 10 в 1 а/см при абсолютной величине тока порядка 0,4 - 8 а и выше, при этом напряжецность возбуждающего СВЧ-поля в кристалле полупроводника не превышала 2,6 кв/см. Предмет .изобретения 1. Способ получения электронного потока путем возбуждения электронов в полупроводпиковом катоде с моно- или поликристаллической структурой с помощью переменного электрического поля, отличающийся тем, что, с целью увеличения тока эмиссии электронов, поверхпость полупроводника покрывают слоЗ 99933 СВЧсигнал г. г оставитель Г. Текред Л. Бо ва едактор А, Зиньковский нова рректор Н. Учакин ПодписиоЗаказ 266117ЦНИИПИ Изд. М 44 сударственного ком по делам изобрете Москва, Ж, РауТираж 780тета Совета Минисний и открытийшская наб., д. 4/5 в С Типография, пр, Сапунова ем диэлектрика, например слоем окиси того же полупроводника, и помещают в переменное электрическое поле, напряженность которого уменьшается в объеме катода от его основания к эмиттирующей поверхности, а на границе эмиттирующая поверхность - вакуум создают градиент напряженности электрического поля, имеющий противоположное наг равление относительно градиента напряженности переменного электрического поля в объеме катода. 2. Способ по п. 1, отличаощийся тем, что время изменения возбуждающего переменного электрического поля выбирают большим времени безынерционной релаксации электронов, образующих ток в объеме катода, но меньшим времени рекомбинации этих электронов.3. Способ по пп. 1 и 2, отличаоиийся тем, что в объеме катода создают градиент концентрации электронов от основания к эмиттирующей поверхности.