Способ изготовления автоэлектронных катодов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоеетекнкСоцналнстнчесмнкРеслублнк п 997128(22) Заявлено 120181 (21) 3236061/18-21 Р 1 М Кп зН 01 3 9/02 Н 01 3 1/30 с присоединением заявки М -Государственный комитет С СС.Р. по делам изобретений и открытий(54 ) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОЭЛЕКТРОННЫХ КАТОДОВИзобретение относится.к электронной технике, а именно к способам обработки катодов с автоэмиссией, ограниченность технического применения которых связана с низкой стабиль. ностью 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 микро- шероховатостей Г 1).Указанные способы технологически сложны, так как требуют либо дорого- стояцей высоковакуумной техники, либо контроля степенй огрубления вершины катода в процессе прогрева. В послед нем случае адсорбционная активность эмиттирующей поверхности катодов снижается лишь временно, так что стабильность эмиссии повышается несуцественно.Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления авто- электронных катодов, в котором для повышения стабильности катод помещают в вакуумную каМеру с добавлениеминертного газа, причем давление инертного газа на 1-2 порядка превышаетдавление остаточных газов, Способобеспечивает Формирование и поддержание в процессе работы атомно-гладкой и свободной от адсорбированныхатомов поверхности 2Однако, хотя достигалось повыше. ние стабильности эмиссии, долговечность катода, которую принято былооднозначно связывать со стабильносты тэмиссии, оставалась крайне низкой,С помощью автоионномикроскопических исследований изучена зависимостьдолговечности катода от особенностейструктурных изменений материала катода в приповерхностной области,происходящих под действием ионнойбомбардировки. На основании полученных данных показано, что низкаядолговечность катода в случае обработки по способу-прототипу связана с 25 образованием в материале катода вусловиях постоянного облучения ионами инертного газа газонаполненныхпузырей-блистеров и взрывом их, приводящим к разрушению катода. При этом 30 существенно, что взрыв катодов имеетместо даже при работе катода в режиме стабильной эмиссии.Целью изобретения является повышение стабильности эмиссии и долговечности автоэлектронного катода.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления автоэлектронного катода, включающему формирование атомно-гладкой поверхности катода в присутствии инертного газа, катод облучают ионами инертного. газа при давлении последнего 5-810 З торр в режиме авто- электронной эмиссии до дозы 10"- 10 ф ион/смформирование поверхности полевым испарением в атмосфере инертного газа, позволяет получаТь атомно-гладкую поверхность вследствие предпочтительного испарения комплексов "атом инертного газа - атом металла", образующихся на выступающих атомах. 20Адсорбционая активность атомночйстой поверхности велика, и ее эффективное понижение достигается, как показывают автоионно- и автоэлектронно-микроскопические исследова ния материала приповерхностных облас. тей катода, в результате облучения атомно-чистой и сглаженной поверхности катода ионами инертного газа ( чапример, гелия ). ОДавление инертного газа не должно превышать значения 810торр,выше которого в межэлектродном промежутке развивается разряд, разрушающий катод, С понижением давления инертного газа ниже 510 з торр становитсясущественной ионная компонента остаточных газов в потоке бомбардирующих катод ионов, что приводит к снижению стабильности эмиссии обработанно-го облучением катода.При облучении атомно-сглаженных поверхностей автоэлектронных катодов до различных доз экспериментально обнаружено, что стабильность эмиссии эффективно повьыается пои облучении до дозы 10"ион/см . При дальнейшем увеличении дозы облучения стабиль-" ность эмиссии снижается вследствие пересыщения поверхностного. слоя инертным газом и образования зародышей пор, разупрочняющих материал катода. При дозе облучения ниже 10" ион/см13 обработка неэффективна, так как стабильность эмиссии повышается незначительно. 5На Фиг. 1 дана временная характеристика тока острийного вольфрамового автокатода, обработанного по способу-прототипу; на Фиг. 2 - временная характеристика тока автокатода, о обработанного по предлагаемому способу до дозы 810"зион/см .Данный способ осуществляют в лабо раторных условиях. Вольфрамовый ьстрийнцй автокатод помещают в вакуумную камеру автоионного микроскопа, после чего камеру откачивают до давления 5 10торр,затем напускают в нее гелий до давления - 5 10торр. На автоэмиттер подают напряжение авто ионного знака (+ йа эмиттере ), и постепенным повышением напряжения до О =10 кВ испаряют его вершину до сформирования атомно-гладкой рабочей поверхности; что регистрируется на экране автоионного микроскопа по однородности эмиссионного контраста ионного изображения. Затем на эмиттере изменяют знак поля на отрицательный, и напряжение автоэлектронного знака повышают до 0=1 кВ. При указанном напряжении и автоэлектронном 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, обработанного по способу-прототипу и по данному.способу 1 фиг. 1 и 2 ), следует, что стабильность эмиссии возрастает, и срок службы автокатода увеличивается более, чем на порядок.Развакуумирование обработанного по данному способу катода с последующими 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 10 -10 торр, причем в результате облучения ионами инертного газа химическая активность эмиссионной поверхности катода снижается настолько, что после обработки облучением в вакуумной камере возможно развакуумирование катода и установка его в электровакуумный прибор без необходимости какой-либо обработки непосредственно в рабочем приборе, что существенно упрощает технологию изготовления электровакуумных приборов, использующих катоды с автоэмт. ссией .Формула изобретенияСпособ изготовления автоэлектрониых катодов, включающий формирование атомно-гладкой поверхности в присутствии инертного газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности эмиссии н долговечности автоэлектронного катода, его облучают ионами инертного газа при давлении последиего 5 - 8 10 Зторраз 945/71Тираж 701 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Иосква, В, Ра%в режиме автоэлектронной эмиссиидо доза 10-10 фф ион/смф,Источники информациис.принятые во внимание при экспертизе 1. Ненакаливаеьащ катоды. Сб. подред. И.И. Елинсона. И., "Советскоерадио", 1974, с. 211-213.2. Авторское свидетельство СССР5Ю 358737,кл.Н 01 4 1/30,1970(прототип; Подписноекомитета СССРи открытийушская наб., д. 4/5