Электронный эмиттер

ОПИС,Ай ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 404142 Союз Советсва Социалистических РеспублинК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 17.17,192 ( 171408/26-25)с присоединением заявки1 30 Гасударственный камите Совета Министров ССС ао делам изааретений и открытийоритет Опубликовано 26,Х.1973. Бюллетень43Дата опубликования описания 21.111.1974 К 621,385.032.212 (088,8) Лвторы зобретения Г Ждан и В. Б. Сандомирский Заявител титут радиотехники и электрони ЛЕКТРОННЫЙ ЭМИТТЕР 2 яется управление одства в процессе Изобретение относится к эмиссионной катодной электронике и микроэлектронике и может быть использовано в электронных приборах с фото- и вторичной электронной эмиссией, а также в качестве ненакаливаемых катодов в различных электронных и микроэлектронных устройствах,Известны электронные эмиттеры с отрицательным сродством и эмиттеры горячих электронов, основанные на ипжекции неравновесных носителей из контакта металл - полупроводник (диэлектрик) в тонкую металлическую пленку. Отрицательное сродство обычно создают за счет большого приповерхностпого изгиба зон в дырочном полупроводнике (в сторону обогащения электронами) и обработки поверхности полупроводника агентами (Сз, СзО и пр.), сильно понижающими электронное сродство. Лналогичная обработка применяется также и при изготовлении эмиттеров горячих электронов с целью повышения коэффициента их прохождения через тонкий слой металла.Однако в случае известных эмиттеров не удается эффект ивно управлять величиной электронного сродства в процессе работы эмиттера.Целью изобретения явлвеличиной электронного срработы эмиттера. Для этого в качестве материала активногослоя использован сегнетоэлектрик, полярная ось которого ориентирована преимущественно по нормали к плоскости металлических элек 5 тродов.В сегнетоэлектронике, находящемся притемпературах, меньших температуры Кюри (Т,), в направлении, параллельном полярной оси, существует поверхностный изгиб зон, за гисящий от температуры и электрического поля. Он обусловлен избыточными поверхностными носителями заряда (свободными или локализованными), экранирующими спонтанную поляризацию сегнетоэлектрика. Поскольку эта 15 поляризация зависит от температуры и электрического поля, изменение температуры и поля позволяет контролировать поверхностную плотность заряда и, следовательно, приповерхностных изгиб зон.20 Изобретение пояснено чертежами.На фиг. 1 приведена картина распределениязарядов в сегнетоэлектрике; на фиг, 2 - приведена схема электронного эмиттера с тремя состояниями поляризации; на фиг. 3 - схемы 25 устройств, в которых может быть реализованаполяризаця эмиттера. На фиг. 1 С - полярная ось кристалла, Р, Е - вектор спонтанной поляризации и внутреннего электрического поля, Е, - дно зоны проводимости, Е-, - ЗО вершина валентной зоны, р, - уровень Ферми,(б3о 55 60 65 Т - температура. Случаи а и б иллюстрируют отсутствие и наличие электрического равновесия соответственно.Величина споитаипой поляризации для различных ссгцетоэлектриков лежит в диапазоне 2 10 -- 3 10 - 5 к/см 2, что отвечает плотности поверхностных зарядов и,= 1,6 10" ---- 2 104 см в . Следовательно, при полном экраиироваиии спонтанной поляризации носителями заряда в моцодомеипом сегиетоэлектрике плотность избыточных поверхностных зарядов должна лежать в указанных пределах.Оцепка соответствующего изгиба зон (1 г согласно формуле где е - заряд электрона, в - диэлектрическая проницаемость, 1 го - концентрация свободных посителей в сегиетоэлектрике,показывает (для типичных сегнетоэлектрических значений е и по), что (1 г в данных условиях может даже превышать ширину запрещеииой зоны сегнетоэлектрика (т, е. песколько электропвольт).При обработке поверхности сегнетоэлектрика (например Сз или Сз 20), понижающей поверхпостный потенциальный барьер, возникает возможность эффективного регулирования электронного сродства х в широких пределах за счет изменения величины сегцетоэлектрической поляризации под действием изменений 1 емпературы, внешнего электрического поля или иных факторов.Возможность регулирования сродства можно использовать для реализации электронного эмиттера с двумя устойчивыми состояниями эмиссионным и ацтиэмиссиоциым, т. е. для реализации запоминающей эмиссионной структуры.Область сегцетоэлектрического кристалла (фиг. 2) со сиижеиным электронным сродством для трех различных состояций поляризации обуславливается, например, различиь 1 ми значениями поляризующего поля, прикладывающегося к сегцетоэлектрику параллельно С-ОСИ.В состоянии 1 вектор спонтанной поляризации направлен слева в напра, а внешнее поле равно нулю. При этом реализуется случай максимальной (или близкой к ней) эмиссионной эффективности (х 1(0) .В состоянии 2 внешнее поле цесколы(о уменьшило спонтанную поляризацию, электронное сродство х 2) О, эмиссионная эффективцость понизилась.Состояние 3 соответствует случаю, когда кристалл полностью переполяризоваи внешним полем. Вектор поляризации направлен справа в пале, электронное сродство хз 0, эмиссионная эффективность минимальна. Аитиэмиссиоццое состояние 3 будет сохраняться до подачи поля, превышающего коэрцитивцое, навстречу новому направлению поляризации, При этом, в зависимости от величины этого 10 15 20 25 30 35 40 45 50 могут установиться состояпия поля вновь2 или 1.Возможно три способа электрической поляризации эмиттера (фиг. 3). Устройства, в которых может быть 1)еализоваиа поляризация эмиттера, содержат базовый металлический контакт 4, сегнетоэлектрический кристалл 5, тонкий (несколько сот ангстрем) металлический, например золотой, электрод б, вспомогательный контакт 7, внешний поляризу 1 ощий электрод 8 (могущий также слугкить анодом). Устройства работают от источника питания с напряжением КВ первом случае (фиг. 3 в) электрическое поле подают ца образец мегкду электродами 4 и 7 за счет проводимости эмиттерующей грани кристалла А - Л, иидуцироваииой обработкой агентами, понижающими работу выхода (Сз) или слабым поверхностным легироваиием.Для облегчения условий поляризации или переполяризации иа грань А - А можно также нанести мелкоструктурцую металлическую сетку.Во втором случае (фиг. 3 г) коцтакт обеспечивают иа поверхности эмиттера А - А при помощи электрода б, прозрачного для эмиттируемых горячих электронов.В третьем случае (фиг. 3 д) переполяризаиия при поверхпостцой области эмиттера происходит при проникновении внешнего поля, например в режиме автоэлектроциой эмиссии. Все три устройства могут запоминать эмисси- ОЦИОЕ СОСТ 051 ИИЕ.Устройство, схема которого приведепа ца фиг. 3 г, является новым типом эмиттера горячих электронов, имеющим ряд преимуществ по сравиеии 1 о с известными эмиттерами. Эти преимущества связаны с возможностями регулироваии 51 Высоты коитактцого барьера иа границе металл - сегцетоэлектрик за счет изменения сегиетоэлектричсской поляризации, получеиия высоких контактных барьеров, создания запомииающих эмиссиоицых устройств. Эмитте 1 з может быть испол 1.зоваи т 11 кгкс в качестве эмиттериой части 1 вердотельпых и пленочных активных элемеитов с тонкой металлической базой, работа которых осцоваиа иа явлениях прохогкдеция горячих электронов сквозь пленки металлов. Предмет изобретенияЭлектронный эмиттер, содержащий базовый металлический электрод, расположенный на ием активный слой, верхний металлический электрод, полностью или частично покрывающий поверхность активного слоя, и средство, понижающее электронное сродство рабочей поверхности, отличаюши 1 гся тем, что, с целью управления величииой электроипого сродства в процессе работы эмиттера, в качестве материала активного слоя использован сегиетоэлектрик, полярная ось которого ориеитироваца преимуществеиио по нормали к плоскости металлических электродов,404142 С-ось аг 7 5 г Сост а в п тел ь Г. Жуко ваебников Текред Т. Миронова 1(орректор В. Жолудев Редакт Заказ б 7/13Ц 111,ИТ 1 И ПодписноеСР Типограф пр. Сапунова, д. 2 Изд.сударст по деМосква гв 224 Тираж 780еаного комитета Совета Министровам изобретений и открытийЖ, Рауьвская нао., д. 415