Способ получения термоэлектронной эмиссии

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СПИ К АВТОРСН ОСУДАРСТВЕИНЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧИ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ с катода с полупроводниковым эмиссионным покрытиемна керне путем приложения внешнего:,напряжения и нагревал катода, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эмиссионной способности катода за счет снижения контактного барьера металл керна - эмиссиМИОИ. А онное покрытие, производят непрерывное облучение катода светом в его рабочем режиме.2. Способ по п. 1, о т л н ч а - ю щ и й с я тем, что облучение катода производят со стороны эмиссионно,го покрытия, при этом энергия кван.тов света должна удовлетворять соот.ношению Чс Ъ 9 с 8 ео с б , где ф - высота контактного барьера металл керна - эмиссионное покрытие Цсщтп " энергия квантов облучающего света;- ширина запрещенной зоны материала эмиссионного покрытия.3. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что облучение като- да производят со стороны керна, тол,щина которого не должна превышать ,глубину выхода электронов,из металла фф керна, при этом энергия квантов свет С должна удовлетворять соотношениюИ 7 ФИзобретение относится к эмиссионной электронике и может быть использовано при создании эффективных полупроводниковых термокатодов для электронных приборов различных типов.Известны способы получения термо электронной эмиссии, когда, с целью повышения эффективности катодов, осу шествляется отработка оптимальных режимов активирования, внесение специальных присадок непосредственно в 10 эмиссионное покрытие и др 1 .Однако известные способы не приводят ьо многих случаях к достаточ.ной эффективности катода, которая удовлетворяла бы требованиям со стороны современных электронных приборов.Наиболее близким к предлагаемому является способ получения термоэлектронной эмиссии с катода с полупроводниковым эмиссионным покрытием, заклю чающийся в приложении внешнего напряжения к катоду и его нагреве в рабочем режиме, Рабочие темературы катодовлежат, в зависимости от типа катода, в области 800-1500 С, а плот ности тока термоэлектронной эмиссии, обеспечиваемые такими катодами, составляют по порядку величины несколько А/см в непрерывном режиме и сотЯ.ни А/см - в импульсном. Если же 30 необходим срок службы катода порядка десятков и более тысяч часов, отбираемый с катодов ток в непрерывном режиме существенно ниже 2.Данный способ получения термоэлектронной эмиссии не обеспечивает35 достаточно высокой эффективностиэмиссии. Ток эмиссии катода оказывается в ряде случаев недостаточным для его практического применения, особенно в тех случаях, когда предьявляются требования к повышению мощности и одновременно к увеличениюслужбы электронного прибора.Цель изобретения - повышениеэмиссионной способности катода за 45счет снижения контактного барьераметалл керна - эмиссионное покрытие.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу получениятермоэлектронной эмиссии с катодас полупроводниковым эмиссионным покрытием на керне путем приложениявнешнего напряжения и нагрева катода, производят непрерывное облучение, катода светом в его рабочем режиме.Облучение катода производят состороны эмиссионного покрытия, приэтом энергия квантов света должнаудовлетворять соотношению609 "сеетогде Ч - высота контактного барьера металл керна - эмиссионное покрытие; Ы д- энергия кван,ов облучающегосвета;Е - ширина запрещенной зоны материала эмиссионного покрытия.Облучение катода производят со сто. роны керна, толщина которого не должна превышать глубину выхода электронов из металла керна, при этом энер- гия квантов света должна удовлетворять соотношению сьЕто фНепрерывная подсветка катода в его рабочем режиме от источника света обеспечивает создание условий, облегчающих прохождение электронами контактного барьера между металлическим керном (или зернами губки из металлов, присадками из порошков тугоплавких металлов в металлокерамике) и эмиссионным покрытием. Причем этот эффект может быть достигнут путем подсветки катода как со стороны эмиссионного покрытия, так и со сто-, ноны полупрозрачного керна.На фиг. 1 и 2 представлены возможные конструкции катодной системы, в которых реализуется подсветка со стороны керна и со стороны покрытия соответственно.Схема содержит анод 1, эмиссионное покрытие 2, керн 3, полупрозрачныйфиг. 1) и массивный фиг, 2), подогреватель 4, источник 5 подсветки.ДОстигаемая при обычном активировании оксидного катода малая работа выхода (Ч"= 1,3 - 1,4 эВ у оксидного катода (Ва, Бт, Са)О при Т600-700) 1 затрудняет получение безбарьерного контакта к эмиссионному покрытию, так как работы выхода металла керна Ф (И 1, Мо и др.) лежит, как правило, в пределах 4-5 эВ.Термоэмиссионная способность катода будет определяться не работой выхода покрытия Ч, а высотой контактного барьера между полупроводниковым покрытием и керном. Следовательно для увеличения токоотбора с катода необходимо уменьшить высоту контактного барьера. Эффективное понижение высоты барьера может быть достигнуто путем подсветки катода от постороннего источника света. При осуществлении подсветки со стороны полупроводникового эмиссионного покрытия (например, через отверстие в аноде) должно быть наложено определенное ограничение на энергию квантов облучающего катод света, а именноц Ь 1 Вгде ЬЪ- энергия кванта облучающего света;ЕЪ - рина запрещенной эоныматериала эмиссионногопокрытия;высота контактного барь- величина контактного барьера междуера металл - эмиссионное никелевым керном и эмиссионным покрыпокрытие. иием Ф составляет3, 5 эВ. При осуДля света с энергией квантов (И ), ществлении подсветки со стороны змисменьших ширины запрещенной зоны полу- сионного покрытия свет вызовет Фопроводникового эмиссионного материала 5 тоэмиссию из керна в покрытие, прой(Е), слой эмиссионного покрытия .дя без поглощения слой эмиссионного будет прозрачным. По данным разных материала, при этом энергия квантов авторов Е для полупроводникового (М) облучающего света должна быть эмиссионного материала лежит в интер-, .меньше 4-б эВ (ширины запрещенной вале 4-б эВ, Таким образом, при ЬО,10 зоны эмиссионного материала, но . 4 эВ свет, пройдя без потери энергии больше 3,5 эВ (высоты контактного через полупроводниковый эмиссионный барьера металл - эмиссионное покрыслой, вызовет ФотоэЪиссию из керна . тие), т.е. длина волны облучающего в нанесенный на него эмиссионный слой света должна быть, следовательно, (или из мета 1 тлического порошка в конбольше, чем Ц= 0,3-0,2 мкм. Такой тактирующие с ним керна эмиссионного энергии кванта достаточно для того, материала в металлокерамическом ва- . чтобы вызвать фотоэмиссию из керна рианте катода), для чего возбужденным в оксид .и повысить, тем самым, эмис" электронам надо будет при этом пре- , сионную способность катода. При осуодолеть контактный барьер металл - ществлении подсветки со стороны кер.эмиссионное покрытие высотой, равной на оптимальная энергия кванта света Ф- Х, где Ф - работа выхода металла кер- (И) должна быть равной по порядку на и - электронное средствополупро- величины высоте контактного барьера водникового эмиссионного материала. металл - эмиссионное покрытие, т.е.В случае установки источника под- для никелевого керна и эмиссионного светки со стороны керна последнийпокрытия (Ца, Бт, Са)0, ЬМ 3,5 эВ выполнен полупрозрачным с толщиной Й, и, соответственно, длина волны )( не не превышающей глубину выхода электро- должна быть более 0,35 мкм В этом нов из металла, й ", где К- коэф- случае возбужденнные электроны меФициент поглощения йеталла.При этом талла свободно преодолевают барьер. оптимальная энергия кванта облучающего 30 если исходить из уравнения Ричард- света М должна быть такой, чтобы злек- сона (3 = АТе В , где А - унитроны могми преодолеть высоту контактно- версальная эмиссионная постоянная, го барьера металл - эмиссионное покрытие Т - температура катода, ( - работы, светсЗ 5- заряд электрона), то ток термогде Ь 4ееетаэнергия кванта облучаю- электронной эмиссии из-за уменьшениящего света; работы выхода катода от 3,5 эВ (вы 9 - высота контактного барь сота контактного барьера) до 1,4 эВера металл-эмиссион- (работа выхода эмиссионного покрытия)ное покрытие. должен увеличиваться при той же темИтак на основании сформулирован- пературе на несколько порядков велиных выше условий определяются тре-. ,чины при полном снятии контактного бования к спектральному диапазону барьера.облучающего катод света в рабочемрежиме, которые должнй обеспечить Предлагаемое изобретение позволяет фотоэмиссию из керна в эмиссионное 45 повысить эффективность термоэлектрон.покрытие катода, что приведет к (ного катода, т.е. отношение тока эмисзначительному повышению зффективнос- ;сии к рабочей температуре, что прити по сравнению с известными термо- ведет к увеличению ресурса его работы электронными катодами.и, тем самым, к увеличению срокаДля оценки оптимальных парамет службы электронного (ионного) ров источника. облучения (длины волны прибора на его основе. Ток термооблучающего света), обеспечивающих электронной эмиссии при полном снятии фотоэмиссию из металлического керна контактного барьера должен увеличив эмиссионное покрытие катода, рас- ваться., например, для оксидного касмотрим оксидный катод с никелевым у тода от 1 мА/см до нескольких сот керном, на который нанесено полу- мА/смф.проводниковое эмиссионное покрытие, Таким образом, предлагаемый спопредставляющее собой смешанный .соб получения термоэлектронной эмистройной оксид (Ва-Ят-Са)0, Работа сии может быть реализован в шировыхода металла. керна Ф = 4,5 эВ, ком классе электронных систем что60Р а электронное средство эмиссионного придаст им существенные технико- материала Ел 1 зВ. Таким образом, экономические преимущества.лиал ППП фПатентфг. Ужгород., ул. Проектная,Заказ 5634/54 Тираж.703 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, ЖПодписноего комитета СССРий и открытийРауыская наб., д. 4/