Способ получения мелкодисперсных частиц вещества в электронном вакуумном приборе

союз соеетснихсоциА лист ичесниРЕСПУБЛИН,8015475 01 Л 25/00 осуддРстаеннцй номитет изОБРетениям и ОтнРытия и пнт сссР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСИОМУ СВИДЕТ ТВУ 19 политехническиили нина стеры и малы Порош в. 11, ессы пр ууме, И коваяс. 69-75 и высо- Энеродном мния ваку 267, В 0 ханизме, с. 363 цы фат,етра Изв,1 ической Целью изние эффекти вляется повыш тение относитс обретения вности по ектронном нно улучш стоты пов иц, сниже Изобр электрон Вещесучения малых вакуумном приние вакуумных рхностей ие затрат энея ике и электроннои техникетва в виде мелкодисперсныеобходимы в научных иснапример в промышленностиических операциях и др. частиц в боре, а иусловий,сле астиц наниях,тера и час оло, анодного инициировпроЬоя. ДАН СССР,3 Ь 6 Лебедев С.В. и др. Металлы в процессе быстрого нагревания электрическим током большой плотности. УФН,т. 144, вып.2, 1984, с. 215-250,Власов А.П. и др. Высокочастотная металлизация. И.: Иашгиз, 960,Чернушенко А.И. КонструированиеСВЧ-устройств и экранов. И.: Радиои связь, 1983,Кикоин И.К, Табли изическихвеличин. И.: Атомизд 1976,Пчельников Ю,Н. Н диционноеприменение замедляющих систем.вузов. Радиоэлектроника, т, 29198 Ь, . 79-83.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЕЛНОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ ВЕЦЕСТВА В ЭЛЕКТРОННОМ ВАКУУМНОМ ПРИБОРЕ (57) Изобретение относится к физической электронике и электронной технике. Целью изобретения является повышение эффективности излучения малых частиц в электронном вакуумном приборе, в частности улучшение вакуумных условий, чистоты поверхностей эмиттера и частиц, снижение затрат энергии путем исключения, патока газа, уменьшение размеров получаемых частиц, снижение воздействия на них разрушающих факторов Сущность изоЬ- ретения заключается в воздействии на Ж эмиттер высокочастотным импульсным электромагнитным полем. При этом величину СВЧ-мощности в импульсе, частоту импульсов и длительность опреде- . ляют из математических соотношений, приведенных в описании изоЬретения,Ива Изобретение делает возможным и перспективным создание нового поколения приборов широкого назначения, в Ноторых рабочим элементом является по" фф 4 ток микрочастиц в вакууме или газе. СД 4 ил. ЯРСЬ25 гии путем исключения потока газа,уменьшение размеров получаемых частиц, снижение воздействия на них разрушающих факторов.СпосоЬ заключается в том, чтоэмиттер устанавливают в виде вставки на участке поверхности СВЧ-нагрузки вакуумного волноеодноо тракта иподают в тракт импульс потока мощности Р на частоте 1 длительностью Ф,определяемыми соотношениями;1 Т Иф 1срр с мР(РРогде й - размер эмиттируемых частиц; 15коэффициент теплопроеодносети вещества частиц;коэффициент температуропроводности;Т - критическая температураповерхности;р, - магнитная постоянная;р - магнитная проницаемость;5 - коэффициент электропроводности 1Р, - пороговое значение мощности, определяемое вакуумными условиями, материаломстенок и геометрией волноведущего тракта и нагрузки,Способ поясняется фиг. 1 -. 1, накоторых изоЬражены варианты выполнения устройства, где изоЬражен эмиттер 1 в виде участка поверхности волноводной СВЧ-нагрузки 2 (фиг,1), поглощающего аттенюатора 3 (фиг.2),35стенки резонатора замедляющей системы (фиг,3), коаксиальной линии(фиг.,М). Магнитная подложка оЬозначена позицией ч.40Использование волноведущего тракта и СВЧ-нагрузки позволяет расширитьполосу частот, исключив индуктор.Обычно СВЧ-нагрузка в виде нагрузкиволновода, коаксиальной линии, замед-ляющей системы работает без разрушений поверхности. Достижение целиизобретения обеспечивается тем, чтоэмиттер малых частиц выполнен е видевставки на этой поверхности присоблюдении следующих условий, Размер; 50вставки Ь вдоль направления распространения волны еыЬирается изусловияЬ Ы.( Ьгде Ь - заданныи размер эмиттера;М551Ь - размер оЬласти максимумамамплитуды высокочастотноготока. Это условие обеспечивает максимум эмиссии мелкодисперсных частиц с поверхности вставки при минимальной энергии СВЧ-поля е области. над поверхностью. Тем самым устраняется воздействие поля на полученные час тицы, так как эмиссия инициируется высокочастотным током, а не электрическим полем,Поток мощности, протекающий через поперечное сечение СВЧ-тракта, может быть сфокусирован на малую площадь эмиттера,. если эмиттер выполнен в виде вставки на участке поверхности СВЧ-нагрузки.Скин-эффект обеспечивает локальный нагрев эмиттирующей поверхности, джоулево тепло выделяется в тонком приповерхностном слое эмиттера мелко- дисперсных частиц. Змиттер при этом может быть массивным оЬразцом, который оЬразовыеает мелнодисперсные час. тицы путем последовательного послойного разрушения. Разрушение поверхности и эмиссии мелкодисперсных частиц осуществляется за счет поверхностных термоупругих напряжений при температуре поверхности Тз Т , где Т " критическая температура термоупругих разрушений поверхности(1-2)Ь+ Т =",т где 1 - коэффициент Пуассона вещества мелкодисперсных частиц;6- критическое значение механического напряжения;коэффициент теплового расшитрения;Е " модуль Юнга.Если на характерной глубине дпроникновения тепловой волны в проводник оЬразуется перепад температуры Т, то поверхность подвергается ин" тенсивномутермоупругому разрушению с выбросом осколков в хрупкой Фазе в виде мелкодисперсных частиц, Использование эффекта термоупругого разрушения в СКИН-источнике мелкодисперсных частиц позволяет существенно снизить потребление энергии, так как значение Т значительно ниже темпехратуры плавления веществ Т(с Т,Для эмиссии мелкодисперсных часиц размером 1 о при поверхностном оптимальном нагреве глубина проникновения тепловой волны 6 т достигает глубины СКИН-слоя д (значение д зави медляющих систем изготавливаются изхорошо проводящих материалов, чащевсего из меди, и их разрушения несущественны, Тем не менее даже в этихусловиях возможно образование мелкодисперсных частиц если выполняютсятребования, оговоренные в формулеизобретения, Локальная вставка в разрез токовой поверхности СВЧ-резонато Ора приводит к резкому увеличению локальных значений энергии, т.е. джоулева тепла, выделяемого в скин-слое,что позволяет снизить в тракте уро-вень СВЧ-мощности, необходимой для 15эмиссии мелкодисперсных частиц,Эмиссия мелкодисперсных частицв мощных электровакуумных приборахЭВП может иметь паразитный характер,например приводит к разрушению элементов электронных пушек и электронных оптических систем, коллекторов,СВЧ-резонаторов. Применение скинисточника мелкодисперсных частиц позволит лучше изучить эти эффекты дляотыскания путем борьбы или перспективного их использования.Применение способа представляетинтерес для очистки поверхностей отадсорбированных частиц, например в 30технологии микроэлектроники, длядиагностики состояния поверхноститвердого тела методом масс-спектрометрии эмиттируемых цастиц, длясоздания источников цастиц в массспектрометрии и т.д.Применение скин-источников мелкодисперсных частиц представляется важным для иэуцения свойств поверхноститвердого тела, Послойная обработка 40материала позволит добиться высокойстепени чистоты изучаемой поверхности, исключит существенную адсорбциюинородных атомов в паузе между импульсами, 45В скин-источниках должна наблюдаться не только эмиссия мелкодисперсных цастиц, но и аномальная эмиссияэлектронов что открывает перспективы создания новых типов катодов для 50ЭВП.Потоки мелкодисперсных частициз скин-источников могут быть исполь Формула изобретения Способ получения мелкодисперсных частиц вещества в электронном вакуумном приборе заключающийся в воздействии на эмиттер высокочастотным электромагнитным полем, о т л и ц а ющ и й с я тем, цто, с целью уменьшения размеров цастиц и снижения энергозатрат, высокочастотное электромаг.- нитное поле подают импульсно, причем гвеличину СВЧ-мощности Р в импульсе, его частоту Г. и длительность с выбй-. рают, исходя из следующих условий; размер эмиттируемых частиц,мкоэффициент теплопроводности вещества частиц,Вт/и град;коэффициент температуропро"водности мкритическая. температураповерхности;магнитная постоянная, Гн/м;магнитная проницаемость;коэффициент электропроводности2пороговое значение мощности,определяемое вакуумными ус-ловиями, материалом стеноки геометрией волноведущеготракта и нагрузки, Вт,где 4,Т о Р 6 р 6 84 зованы для управления быстродействующими вакуумными коммутаторами, для запуска. СВЧ-приборов с вторично- эмиссионными катодами, в технологии ЭВП для обработки твердотельной электроники, например для легирования полупроводников, в космической технике для моделирования микрометеоритных потоков, создания движителей на основе механического импульса отдачи потока мелкодисперсных частиц, Возможно создание нового поколения приборов широкого назначения, в которых рабочим элементом является поток мел; кодисперсных частиц в вакууме или вгазе..вакуумные резонаторы. Элементы засит от частоты Г, а д от длительности импульса т) 1 "11" 1 0где д- У,13 К)ф 1 (ффРЧч Отсюда можно определить необходимые условия для осуществления поверхностного нагрева в требуемой фазе и с эмиссией мелкодисперсных частиц заданного размера Иф 1 1тф, ГЪ- - 1 р,рЬ с 12р р 63ИзЬыточная температура поверхности при. СВЧ-нагреве достигает критического значения Тпри Увеличение потока мощности относительно минимума сопровождается уменьшением размеров эмиттируемых мелкодисперсных частиц, при этом температура поверхности превышает критическое значение Т, Т, приближаясь к температуре плавления, и вызывает падение электропроводности, Увеличение удельного сопротивленияприводит в свою очередь к дополнительному росту падающей на поверхность СВЧ-мощности, так как Процесс может приобрести характер неустойчивости, приводящей при большой мощности Р, к Ьыстрому испаре" нию вещества мелкодисперсных частиц или к возникновению шунтирующего пробоя вблизи поверхности эмиттераесли напряженность электрического поля у поверхности эмиттера достигнет значения Е, 5 кВ/мм Ограничивающим явлвется также процесс нагрева поверхности СВЧ-нагрузки, окружающей вставку, т,е. Здесь индекс В указывает на характеристики вещества, из которого выполнена поверхность СВЧ-нагрузки. 5 1 О 15 20 г 5 ЗО 35 40 6Значение пороговой мощности Рв формуле изоЬретения определяетсянаименьшим из Р- Р,П р и и е р. Используется волновод с медными стенками на частоте10 ГГц при длительности импульсагенератора ч 0 нс. На поверхностиСВЧ-нагрузки в области максимумаСВЧ-тока располагают вставку из алюминия размером Ь =2 мм, 1.( Л .Расчеты показывают, что мощностьСВЧ-генератора должна составлять около 200-500 кВт в импульсе размерполучаемых частиц д"-1 мкм, Для различных материалов неоЬходимые значения мощности, цагтоты и длительностимогут быть получены при использовании типичных мощных СВЧ-генераторов,клистронов, магнетронов, гиротроновв диапазоне длин волн от метров домиллиметров.Эти генераторы обеспечивают необходимый уровень потока СВЧ-мощностив тракте и соответственно на участке СВЧ-нагрузки с вставкой,Для Ьольшого количества элементовмогут быть использованы такие оЬычные материалы поверхностей СВЧ-нагрузки, как медь, серебро. Цирокий перецень пластмасс, органических соединений может быль использован в данном устройстве для получения мелкодисперсных частиц.С целью дополнительного снижениязатрат СВЧ-энергии, повышения чисто"ты получаемых мелкодисперсных частицлокальная вставка-эмиттер мелкодисперсных цастиц изготовлена в видеслоистой структуры, причем внешнийспой вещества мелкодисперсных частицтолщиной нанесен на подложку, изготовленную иэ изолятора или ферромагнетика, Нанесение вещества мелкодисперсных цастиц производится, например, методомвакуумного напыления в промежутках времени между импульсами эмиссии мелкодисперсных цастиц,Среди разнообразных волноведущих линий отрезки замедляющих систем отличаются миниатюрностью и наибольшими локальными значениями плотности тока. Отрезками замедляющих сис1517596аиюЛР 1 в Составитель Н,КатинРедактор Т.Лошкарева Техред ЛОЛийнык ор Л.Пата ч 50 дпис и ГКНТ СССР рина, 1 О роиэводственно-издательский комбинат "Патент" г. Укгород ул аказВНИИПИ Государственного комитет 113035, Иосква, о изобретения35,. Раущская и и открытиям наб., д, 4/5