Способ изготовления микроострийного катода (его варианты) и устройство для изготовления микроострийного катода

(71) Ордена Трудовмени институт радиники АН СССР.Дедловский и и др. Автоионная Металлургия, 1972,(56) Мюллер Эмикроскопия.с. 143.АвторскУ 512505,тельство СССР 3 9/02, 1976 ое свид кл. Н 0 3 ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 54)СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРООСТРИЙ ОГО КАТОДА (ЕГО ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙ 150 4 С 25 Р 5/00,7/00// Н 01 Л 9/04, 9 СТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРООСТРИЙНОГОКАТОДА(57) 1. Способ изготовления микроострийного катода, включающий травление заготовки для микроострийногокатода в электрическом ноле, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения функциональныхвозможностей за счет увеличенияэффективной поверхности и точностиформы катода путем устранения загиба конца острия, травление ведутв поперечном электрическом поленапряженность которого изменяютпериодически с периодом ам, гдеп = 2, 3, 4, 5 , причем напряженность поля симметрична относительнооси заготовки.1217935 0Есоз 9 (Е 5 10 15 2. Способ изготовления микроострийного катода, включающий травление заготовки для микроострийного катода в электрическом поле, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения эффективной поверхности и точности формы катода путем устранения загиба конца острия, травление ведут в поперечном электрическом поле, напряженность которого изменяют по гиперболическому закону от середины к Торцам заготовки в соответствии с соотношением где 6 - угол между вектором напряженности электрического поля и осью заготовки;Е - максимальное значение напряженности электрического поля. 3. Устройство для изготовления микроострийного катода, содержащее катод, анод-заготовку, источник питания, электронную схему управления . травлением с усилителем, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения эффективной поверхности и точности формы катода путем устранения загиба конца острия,Изобретение относится к технике эмиссионной электроники и может быть использовано для изготовления микроострийных катодов-автоэмиттеров (автокатодов), используемых как в приборах с накальными катодами высокой яркости, так и в приборах с холодной эмиссией в сильном электрическом поле для создания ионных проекторов, а также точечных жидко- металлических источников,Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей за счет увеличения эффективной поустройство снабжено средствами синхронного перемещения катода в направлении оси и наклона под угломот 0 до 180 к оси, катод выполненпо крайней мере из двух игл, расположенных симметрично относительнооси анода-заготовки, электроннаясхема управления травлением снабжена реле с двумя группами нормальнозамкнутых контактов, операционнымусилителем, источником опорного напряжения, постоянным и,переменнымсопротивлениями, а усилитель выполнен в виде сбалансированного по выходу дифференциального усилителя сдвумя входами, причем между землей и первым входом дифференциального усилителя включен последовательно катод, соединенный через одну изпар нормально замкнутых контактовреле с минусом источника питания,один окнец анода-заготовки соединенс плюсовым источником питания, адругой ее конец - с второй паройнормально замкнутых контактов реле,второй вхОд дифференциального усилителя соединен с источником опорного напряжения, выход дифференциального усилителя соединен по первой цепи обратной связи через операционный усилитель с обмоткой релеи по второй цепи обратной связи через последовательно соединенныепостоянное и переменное сопротивления - с первым входом дифференциального усилителя. ф 2верхности и точности формы катодапутем устранения загиба острил.На Фиг. 1 представлена схемаустройства; на фиг. 2 и 3 - схемы электрического поля вокруг заготовки.Устройство (фиг. 1) содержит ка-.1тод в виде игл 1, заготовку (анод) 2,механизм 3 перемещения заготовки-анода (перемещение показано стрелками);электролит 4, источник 5 питания,схему 6 управления травлением, содержащую дифференциальный усилитель(ДУ) 7, реле 8 с двумя группаминормально замкнутых контактов 9 и 10,Острие получают профилированным. ,Профили имеют форму ребер и площадок вдоль оси острия катода. Число ребер зависит от числа игл катода.Изготовление микроострийного катода по второму варианту способа осуществляют аналогично: перемещая - . иглы по углу к оси заготовки и (или) вдоль собственной оси (показано стрел ками), изменяют величину напряженности электрического поля (электролит и время травления те же, что и в первом варианте).Поскольку травление шейки заготовки проводят с помощью катода, состоящего из нескольких игл, расположенных симметрично травимой заготовке, то устраняют искривление микроострийного катода, Это связано с тем, что процесс травления шейки заготовки происходит по струйному механизму.Концентрированные потоки с большей 3источник 11 опорного напряжения, постоянное и переменное сопротивления 12 и 13 соответственно, средство 14 управления механизмом перемещения игл, операционный усилитель 15. При этом катод (иглы 1) соединен с минусом источника 5 питания через одну пару нормальнозамкнутых контактов 9, один конец анода-заготовки 2 связан с плюсом источника 5 питания, другой конец анода-заготовки 2 соединен через вторую пару нормально замкнутых контактов 10 с первым входом ДУ 7,а второй вход ПУ соединен с источником 11 опорного напряжения. Выход ДУ 7 по цепи обратной связи соединен через усилитель 15 с обмоткой реле 8, вторая обратная связь соединяет выход ДУ 7 через последовательно соединенные сопротивления 12 и 13 с первымвходом ДУ.Изготовление микроострийного катода осуществляется следующим образом.Заготовку-анод в виде проволоки (стержня) 2 помещают по оси катода 1, состоящего из симметрично рас"положенных подвижных игл, соединен ных с минусом источника 5 питания (фиг. 1). Пипеткой вносят в зону травления заготовки каплю электролита. Включают источник 5 питания, осуществляют электрохимическое травление. Электрическое поле 16 вокруг заготовки периодическое(см. фиг. 2). 1217935 4плотностью разделены областями пониженной плотности так, что возможныеобласти нестабильности пространственно локализованы в узких областях око-.5ло игольчатых катодов. Наклон и перемещение игл приводит к подбору величины напряженности электрическогополя.Напряженность электрического поля 17 (одной полярности) изменяютпериодически (период 2 К/л, где н =2, 3, 4 ) по гиперболическомузакону.Концентрируя поле на отдельныхучастках заготовки, можно создатьпрофилированный микроострийный катодс заданной конусностью. Профилированные катоды обладают расширеннымифункциональными воэможностями: так20 как они легче обычных, то характеризуются повышенной механической прочностью, что позволяет использовать ихв устройствах с горизонтальным расположением эмиттера. Такие катоды могут быть применены в ионных жидкометаллических источниках и имеютбольший срок службы, так как снижает-.ся степень испарения микроострийногопрофилированного катода, что суще 30ственно для улучшения качества изображений атомного зонда. Такие катодыобладают повышенной эффективностьюэмиссии в результате увеличения рабочей поверхности катода. Качествопрофилированного котода существенноЗ 5 повышено вследствие автоматическогоуправления процессом травления по. средством электронного устройства(см. Фиг. 1), кроме того, возможнополучение идентичных катодов на409базе которых возможно созданиедвухканальных атомных зондов.В связи с тем, что иглы-катод имеют возможность синхронного перемещения в направлении собственнойоси, а также под углом заготовки с 45вариацией угла от О до 180(см. фиг.3),возможно изменение длиныконусности микроострийного катодас профилированной боковой поверхно".:стью. Кроме того, поворот игл на уголпозволяет изменять режим травленияв зависимости от используемогоэлектролита и материала.При всех положениях игл поле между ними и заготовкой симметричноепериодическое, при этом величинанапряженности может изменяться приизменении наклона игл.Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, работает следующим образом.В момент, когда включены источники питания ДУ 7 (не показаны) и источник 5 питания, ток от источника 5 питания проходит по двум каналам.В. первом канале ток проходит через первую группу нормально замкнутых 10 контактов 9, реле 8, заготовку-провод (анод) 2, электролит 4 и катод- иглы 1, а во втором - через заготовку 2, через вторую группу нормапьно замкнутых контактов реле 10 и 15 первый вход ДУ 7. Посредством сопротивлений 12 и 13 в цепи обратной связи и источника 11 опорного напряжения балансируют ДУ, устанавливая ноль тока на его выходе. При этом посред ством источника 11 опорного напряжения устанавливают заданный уровень тока срабатывания реле 8, Поэтому, когда заготовка перетравится или когда ток, проходящий через нее, 25 достигнет заданной величины (благодаря источнику опорного напряжения), усиленный сигнал разбаланса (усилитель 15) попадает. на обмотку реле 8. Реле срабатывает, группы контактов 30 размыкаются. Травление прекращается.Использование изобретения позволяет попучать воспроизводимые профильные микроострийные катоды. При этом профили выполняются в виде площадок и ребер вдоль оси заготовки. Весь процесс изготовления микроострий может быть автоматизирован. Кроме того, применение изобретения позво ляет устранить искривление оси кону" са.Вариация положения игл (нормально к оси заготовки или под углом к ней) изменяет условия травления, т.е. при 45 нормальном расположении игл к оси за, готовки получают профилированные иглы с чередующимися широкими площадками (канавками) и узкими ребрами, вытянутыми вдоль оси заготовки, при расположении игл катода под углом к оси возможно управление высотой кэнусности катода.П р и м е р 1 (по первому варианту). Получены профилированные микроострийные катоды из вольфрамовой проволоки диаметром 0,2 мм.Злектрохимическое травление проводили в 20 Е-ном р-ре МаОН, Катод был выполнен в виде трех игл, расположенных в плоскости, нормальной к оси заготовки, Напряжение источника питания изменяли от 6 до 15 В, Профилированный катод имеет в этом случае по три ребра и площадки. Время травления 30 - 40 с. Воспроизводимость геометрической формы 803 при радиусе кривизны острия микроострийного катода 0,5 мкм.П р и м е р 2 (по второму варианту). Аналогично примеру 1, но иглы катода наклонены под углом к заготовке. Получены катоды с изменением .конусности при изменении угла накло на игл в пределах 0-180 от долей миллиметра до миллиметра, т, е, при 0 и 180 конусность 1 мм, при 60 0,5 мм и при 90 0,2 мм. Время травления 30-40 с. Таким образом, использование изобретения позволяет снизить затраты электролита и материала на изготовление катода, повысить качество микроострийных катодов (их вослроиэводимость), что связано с уменьшением загиба конца микроострийного катода, повысить эффективность эмиссии катода путем выполнения его профилированным, воспроизводимость высоты конусности и радиуса кривизны конца его острия меньше 0,5 мкм./5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 86/34 Тираж 615ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушск омитетаткрытийя наб.