Термоэлектронный катод

вания электронов сквозь слой диэлект-.рика, При толщинах ) 100 А туннелирование очень мало, что ограничиваетпоступление электронов из керна впокрытие,Нижний предел определяется величиной падения контактной разности потенциалов, которая для реального поеышения эффективности должна быть0,1 эВ. Как известно уже при толщинах У 10 монослоя индуцированныеактивным покрытием поверхностные сос Отояния существенно (на порядок и болеЕ) изменяют потенциальный барьер,На фиг.1-4 представлены зонныедиаграммы предлагаемого изобретения, 15Упомянутые выше окислы, используемые в качестве активных покрытий, обладают полупроводниковой проводимостью.Их термоэлектронная работавыхода Ч - выраженная как расстояние от уровня ферми,й.до уровня вакуума (в энергетических единицая"):Чсх+, где Х - электронное сре,:;хвополупроводника,= Е-,а где Е - днозоны проводимости (Фиг1) ю Еу - поток валентности зоны.15Значительная эмиссия из такихкатодов возникает только после ихактивирования, сопровождающегосяпонижением как за счет уменьшенияХ, так и за счет уменьшения. При 30акивировании в окисле образуетсястехиометрический избыток атомов металла (илипропорциональное ему число вакансий кислорода), которые,являясь донорами, обуславливают сме- З 5щение уровня ферми к дну зоны проводимости, т.е. уменьшение. Крометого, образующиеся избыточные сверхстехиометрического соотношения атомы металла, диффундируя к поверхности, понижают А в результате образования приповерхностного электроположительного двойного слоя.Достигаемая вследствие активирования малая Ф ( Ф - 1,3-1,4 эВ дляоксидного катода Ва, Яг, Са - 0 при 45Т = 600;.700 К), затрудняет получение безбарьерного контакта к актив ному покрытию,действительно, как известно, вы О сота контактного барьера на границе металл-полупроводник Ч=Ф-Ф+=Ф-х (фиг.2), где Ф - работа выхода ме талла. Например, в случае%( Ф: 4, 8 эВ) и оксидного катода (Х-" 0,3 эВ) = 3,5 эВ Ч,3 эВ, т.е. электронная эмиссия будет лимитироваться не величиной Ч, а величиной УУ (фиг,2) которая и определяет эффективность эмиссии.Следовательно, для увеличения эф Фективности эмиссии и срока службы катода, непосредственно с ней связанного (повышение эффективности позволяет снизить рабочую температуру катода, повысив, тем самым, 65 срок его службы за счет уменьшенияинтенсивности процессов. деградации(диффузия, испарение и пр.) экспоненциально зависящих от температуры,необходимо уменьшить эффективный барьер Чф .Этого можно достичь, введениеммежду керном,и активным покрытиемтуннельнотонкойдиэлектрической (полупроводниковой) прослойки, не лимитирующей поступления электроновиз керна в покрытие, но принимающейна себя части контактной разностипотенциалов между керном и покрытиеми уменьщающей, тем самым, эффективный контактный барьер Чф,Сказанное. поясняется зонной диаграммой, приведенной на фиг3, где6 - толщина прослойки (ее высокаятуннельная прозрачность обеспечивается при 6 (100 А , ЬУ=Ч -Ч понижениевысоты контактного барьера (фиг.2).Понижение высоты барьера ЬЧ можнооценить по формуле:Спс+ исдгде С, С емкость слоя объемного заряда в йолупроводнике и прослойки соответственно. Из этой формулы следует, что, например, при С =. Си величинааЧ = чф /2, т.е. контактный барьер понижается вдвое. Прослойка из материала более широкозонного, чем материал активного слоя, изобра- жена на Фиг,З сплошными линиями, а из"узкозонного - пунктирными, В последнем случае толщина прослойки должна быть меньше длины свободного пробега электРонов в этом материале.Особенно важен случай, когда на границе раздела прослойка - активный слой присутствуют мелкие пограничные состояния с высокой плотностью (ЕЧ, где Е - глубина залегания пограничных уррвней), При этом высо. - та контактного барьера будет равна Ев +,й, независимо от контактной разности потенциалов между металлом и активным покрытием (фиг.4), т.е. эффективный барьер в данном случае может быть достаточно малым. Поэтому он не будет ограничивать эмиссию катода.Таким образом, использование туннельно-тонкой прослойки позволяет повысить эффективность эмиссии катода, а, следовательно, ресурс его работы и ресурс работы соответствующих электронных и ионных приборов в целом, что приводит к повышению надежности и стабильности рабочих характеристик устройств, используемых, предлагаемый катод.824335 6 фигЛ Поиупродцдник Етад Фиа формула изобретения Термоэлектронный катод, содержащий керн и активное покрытие, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности эмис-. сии и срока службы катода, между керном и активным покрытием введен слой диэлектрика или высокоомного полупроводника толщиной от 10 монослоя до 100 А. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе824335 0 нцн) ф Составитель Г Техред А. Баби укова Корректор В. Синицка Закаэ 2137 78 НИИП 13035,роектйая тент, г.уж Филиал П Редактор Т. Кисел Тираж 784сударственного комитет ам иэобретений и откры осква, Ж, Раушская ПодписноеСССР .ийаб., д.4/5