Экран для запоминающей электронно-лучевой трубки

(19) (11) 4(51) С 11 С 13/02 ГОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й КОМИТЕТ СССРГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙописдние изоБрвтЕНИЯМ АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) (57),ЭКРАН ДЛЯ ЗАПОИИНАНМЦЕЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ, содержащий подложку из проводящего материала с нанесенным на нее эмиссионным слоем,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повьппения его надежности,эмиссионный слой выполнен из проводящего двухкомпонентного материалас избыточным содержанием электроположительных атомов одной компоненты,чувствительным к дозе облученияэлектронным пучком.Изобретение относится к запоминаю щнм устройствам и может быть исполь" зовано, например, в устройстве памя- ти с многократным считыванием в изме. рительной и вычислительной технике.Известны методы и устройства запоминания электрических сигналов путем создания потенциального рельефа на диэлетриках 13.Основным недостатком потенциало скопов является малое время хранения записанного сигнала, составляющего при непрерывном считывании примерно 30 мин и без считывания примерно 7 сут. Причиной малого времени хра нения информации является стекание зарядов с поверхности мишени.Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности и достигаемому результату является экран 20 экзоэмиссионного запоминающего устройства (ЭЭЗУ) 21.. Экран представляет собой подложку, выполненную из проводящего полупроводникового материала, на которую нанесен эмиссионный слой из щелочногаллоидного материала КС 1, ИаС 1,Запись информации в этом устройст ве осуществляется сканированиемэлектронным лучом по поверхности экрана. При воздействии электронов происходит заполнение имеющихся на поверхности экрана свободных ловушек электронами. Время жизни электронов в ловушках при комнатной температуре может быть достаточно большим и определяет время хранения записанной информации. При считывании электронный луч возбуждает люминесценцию в точке на люминесцентном экране, световой 4 О луч от которой попадает на экран для запоминания и вызывает оптически стимулированную эмиссию экзоэлектронов (ОСЭЭЭ). Электроны, находящиеся в ловушках, получают за счет поглощения квантов дополнительную энергию, выходят с поверхности экрана, опус.тошая ловушки, и регистрируются ВЭУ.На участках, не пробомбардированных электронами, ловушки не заполнены электронами, и освещение не вызывает тока оптической стимулированнойэкэоэмиссии,Перемещение светового луча по 55 поверхности экрана для запоминания производится сканированием электронного луча по люминесцентному экрану. В таком ЭЭЗУ возможно считывание внешним световым лучом, испускаемым источником света со сканирующей системой и направляемым на экран через оптическое кварцевое окно.Время хранения информации в таком устройстве составляет около трех недель.Известное устройство характеризуется невысокой надежностью, так как при считывании одновременно происходит стирание записанной информации из-за того, что ловушки опустошаются считывающим световым лучом. Кроме того, малые значения тока ОСЭЭЭ (10 "-10А) не позволяют производить быстрое считывание записи.Целью.изобретения является повышение надежности экрана.Цель достигается тем, что в экране, содержащем подложку из проводящего материала с нанесенным на нее эмиссионным слоем, последний выполнен из проводящего двухкомпонентного материала с избыточным содержанием электроположительных атомов одной компоненты, чувствительным к дозе облучения электронным пучком.Суть изобретения поясняется чертежами.На фиг. 1 схематически представлена конструкция экрана; на фиг. 2 зависимости тока фотоэмиссии от энергии квантов света до и послеэлектронной бомбардировки для смеси окислов бария и стронция с работой выхода 1,7 эВ; на фиг3 - зависимости тока фотоэмиссии от энергии квантов света до и после электронной бомбардировки для смеси окислов бария и стронция с работой выхода 1,9 эВ; на фиг. 4 - зависимость работы выхода поверхности смеси окислов бария и стронция от дозы бомбардирующих электронов; на фиг. 5 - зависимости 1хемоэмиссии от времени при воздействии на поверхность потоком атомов кислорода для смеси окислов бария и стронция после электронной бомбардировки и после напыления атомов бария из постороннего источника., Экран для запоминающей электронно-лучевой трубки представляет собой металлическую подложку 1, на которую нанесен эмиссионный слой 2 из двухкомпонентного материала, Экран снабжен нагревателем 3. Эмиссионный слой представляет собой окисел метал,2860 4эмиссии определяется дозой электронов, воздействующих на поверхностьпри записи. Учитывая, что при воздействии света состав поверхностиматрицы не изменяется и фотоэмиссиястабильна во времени, то в отличиеот прототипа можно производить многократное считывание записанной информации, При нагреве экрана избыточ.ные атомы бария с поверхности растворяются в объеме окислов, восстанав"ливается начальное значение работывыхода г ) Ы и происходит стирание записи. Приведенная физическаясхема принципа работы предлагаемогоустройства подтверждена экспериментально, Уменьшение работы выходаповерхности при электронной бомбардировке установлено измерениями работы выхода ф методами контактнойразности потенциалов (КРП), термои фотоэмиссии. Измерения методом КРПпоказали, например, что бомбардировка при комнатной температуре поверхности окислов бария и стронция50 вес. Е Ве - 50 вес. 7 Бг с работой выхода по полному токуЧ = -1,7 эВ электронным лучом с плотностью-4тока - 10 Асм и энергией 5001000 эВ в течение 0,1 с приводитк уменьшению работы выхода на величину д" рй 0,08-0,15 эВ.Одновременно происходит сдвигкрасной границы фотоэмиссии (фиг. 2)на величину д - 0,7 эВ, где фф -относительное изменение фотоэмиссионной работы выхода. На фиг. 2 приведена зависимость тока фотоэмиссииот энергии квантов света до (кривая о ) и после (кривая 6 ) электронной бомбардировки для смеси окисловбария и стронция с работой выхода1,7 эВ, Относительное увеличение фототока в результате бомбардировкипри использовании света с энергиейквантов ВэВ составляет болеечем 30 раз, при М1,8 эВ - более чем 100 раз. Для окислов с работой выхода 50 1,9 эВ этот эффект значительно ухудшается (фиг. 3) и становится практически непригодным для использования.На фиг. 3 представлены зависимоститока фотоэмиссии от энергии квантов 55 света до (кривая о) и после (кривая о ) электронной бомбардировкидля смеси окислов бария и стронцияс работой выхода 1,9 эВ. Следова 3 114ла с избыточным содержанием атомовметалла, т.е. электроположительныхатомов.Работа выходаэлектрона с поверхности материалов, из которых выполнен эмиссионный слой экрана,в основном смеси окислов барияи стронция, уменьшается в результатеих прогрева.Подготовка экрана к работе произ Оводится один раз при изготовленииприбора его нагревом в вакууме дотемпературы заметного разложенияокислов. При этом часть окисла разлагается, кислород откачкой удаляется из колбы и получается твердыйраствор окисла и металлической компоненты. Атомы растворенного металлаобразуют донорные уровни в окислеи уменьшают работу выхода20Например, работа выхода твердогораствора смеси окислов бария и стронция.с атомами бария, полученного,прокалкой до 1200 К, может уменьшить.ся до 1,5 эВ. Поверхность окислов 25с работой выходаменьше 1,9 эВобладает свойством дополнительногоуменьшения работы выхода под дейст-,вием электронной бомбардировки. Этозаложено в основу работу предлагаемо. Зого устройства.1Запись, считывание и стираниеинформации происходят с использованием следующих свойств экрана и физи.ческих процессов, происходящих при 35воздействии на нее электронов, светаи нагрева. В отличие от прототипапри электронной бомбардировке окисловв результате их диссоциации и десОрбции кислорода происходит обогащение поверхности атомами металлической компоненты, в частности атомамибария, и, соответственно, уменьшениеработы выходаэлектрона с поверхности и сдвиг красной границы фотоэмиссии в область более длинных волн,Величина уменьшения работы выходазависит от дозы электронов, воздействующих на образец, Если энергия,луча меньше фотоэлектронной работывыходаповерхности матрицы добомбардировки и больше работ выхода Рф дщ пробомбардированнойповерхности Уф Ю Ур ацЕ, тоосвещение поверхности матрицы вызывает эмиссию только с пробомбардированных участков. Величина фото 1142860тельно, работоспособным экран является при работе выхода е 9,1,9 эВ.В зависимости от дозы облученияэлектронами изменение работы выходаповерхности смеси окислов барияи стронция с работой выхода по полному току е 1,=1,7 эВ имеет растущийхарактер и достигает насыщения придозах 10 -10 ат/см . Абсолютная ве 1 16личина работы выхода уменьшается(фиг. 4). Величина тока фотоэмиссиипри освещении белым светом увеличивается почти на порядок,Обогащение поверхности атомамибария при электронной бомбардировкеподтверждено методом спектроскопииобратно рассеянных ионов низких энергий (СОРИНЗ), позволяющим определять элементный состав одного внешнего атомного слоя поверхности.Показано, что избыточные атомыбария на поверхности находятся в виде адсорбированных атомов, не встроенных в решетку окисла. При воздействии потока атомов кислорода на такую поверхность происходит соединение кислорода с избыточным барием,что вызывает выделение энергии иэмиссию электронов - хемоэмиссию(фиг. 5 о) Напыление атомов бария наповерхность окислов из постороннегоисточника дает аналогичные результаты (фиг. 5 о). Это подтверждает, чтоизбыточные атомы образованные в результате электронной бомбардировки,не встроены в решетку окисла и ответственны за увеличение тока фотоэмиссии. После прогрева экрана избыточных атомов бария на поверхностиметодом СОРИНЭ не наблюдается и воздействие атомов кислорода хемоэмиссию не внзывает.Время хранения записанной информации определяется временем сохранения избыточных атомов бария на поверхности. Лиффузия бария в объем окислов при комнатной температуре практически отсутствует. Определяющим фактором времени хранения записанной информации является наличие кислорода в остаточной атмосфере, который, попадая на поверхность экрана, соединяется с барием и снижает фотоэмиссию до первоначального уровня. Поэтому для удаления кислорода из остаточной атмосферы устройство должно содержать непрерывно работающий поглотитель кислорода, 50Ф время развертки электронноголуча в растр на экране, с;диаметр пучка, см;площадь экрана, .см;заряд электрона, Кл.Запись сигналов осуществляетсяпри фиксированном значении энергииэлектронного пучка в пределахот 25 эВ до 3 кэВ. Нижний пределопределяется началом днссоциацииокислов под действием электроннойбомбардировки. Оптимальное значение в качестве которого может быть использован бариевый геттер.Кроме того, все детали и узлыприбора, находящиеся в вакууме, долж 5 ны быть хорошо обезгажены в процессеизготовления и откачки прибора. При1таких условиях практически все поверхности, находящиеся в вакууме,способны связывать кислород из остаточной атмосферы.Установлено, что диффузия избыточных атомов бария в объем окисловпроисходит интенсивно при температу 0ре выше 280 С. Поэтому нагрев экрана вВпде укаэанной температуры стирает записанную информацию.Работа устройства включает следующие операции: запись, хранение и считывание информации.20 Запись информации осуществляетсясканированием по экрану электроннымпучком. Величина тока этого пучкамодулируется по заданной программесогласно изменению записываемого сигнала. Величина изменения работы выхода, измеряемая методом КРП, находится в пределах 0-0,2 эВ для указанныхматериалов и зависит от дозы облучения поверхности электронным пото- ЗО ком, достигая насыщения при дозахпримерно 10-10"ь ат/см . Отсюда видно, что модуляцией величины токапучка (т.е. дозы облучения) можно за.писывать полутона, создавая различный контраст изменения работы выходапо поверхности экрана.Режим записи (энергия и ток пучка, его диаметр и скорость сканирования) определяется из максимально 4 О допустимой дозы облучения по следующей Формупе:ур1 С 10е 4.3где 1 - плотность тока электронных 45 Апучковэнергии электронного пучка определяется энергией, соответствующей максимальному значению коэффициента вторичной электронной эмиссии д, и условиями прохождения через поверхность 5 максимального количества заряда, включая вторичные электроны.Пространственное разрешение при записи определяется диаметром электронного пучка. Величина тока пучка и его диаметр определяют скорость записи 15 л 5 110ап ейсмЧ д - скорость записи,д - величина тока пучка, А;Й - диаметр электронного пуч.ка, см.-ЬПри значениях 1=10 А и 0=10 см20минимальное значение скорости записи, при котором еще можно записывать полутона, составляет примерно1 км/с. Максимальное значение Чавоопределяется чувствительностью аппаратуры (уменьшением величины сигнал//шум при считывании).Увеличение скорости записи большесотен километров в секунду приводитк уменьшению сигнала величины фотоЗОтока при считывании, что уменьшаетскорость считывания и контраст записи.На пространственное разрешениевлияет структура покрытия экрана.Наибольшее разрешение позволяют полу- З 5чать однородные слои, выращенныеиэ молекулярных пучков.Время хранения записи определяется устойчивостью поверхностных донорных уровней, образованных избыточными атомами бария в результате диссоциации окислов. Экспериментальноустановлено, что в отсутствие вредныхионизирующих излучений, нарушенийтеплового режима (ТС) и вакуумных условий (р 10 торр) изменениефототока после 30 сут составляет менее +0,5 Х,Считывание информации осуществляется путем сканирования поверхностиэкрана световым лучом с одновременной регистрацией фотоэмиссии, возбужденной этим лучом с поверхностиэкрана.В качестве источника света могутбыть использованы монохроматичныеисточники света с энергией кванта ЬМне более Щ-х+дЕал, где х - глубина зоны проводимости (электронное сродство полупроводника); Ь Еа - ширина запрещенной зоны,Для активированной окиси бариях=0,7 эВ, а ЬЕ 2 эВ.Увеличение чувствительности засчет уменьшения фона производитсяуменьшением энергии квантов О доисчезновения фототока с непробомбардированной поверхности (М х+ЬЕ Зад)Пространственное разрешение при считывании определяется диаметром светового зонда и может быть не менее длины волны света считывающего луча.Скорость считывания определяетсяскоростью развертки светового лучав растр, величиной светового потокаи диаметром светового зонда. Уменьшение двух последних параметров приводит к уменьшению регистрируемогосигнала (фототока).Экспериментально установлено, чтоосвещенность экрана в 100 лк, создаваемая интегральным светом лампынакаливания, позволяет после элект,ронной бомбардировки получить приращение фототока до 10 мкА/см . Дляобеспечения достаточного сигнала пригеометрическом разрешении примерно10 мкм (при развертке в растр) необходимо обеспечить линзовую фокусировку светового зонда до 1-10 мки(до диаметра, соответствующего диаметру записывающего луча). Необходимая освещенность, обеспечивающаяфототок порядка нескольких мкА приукаэанных диаметрах зонда, достаточно просто обеспечивается обычнойвольфрамовой лампой со светофильтрами и линзами.Получаемые величины фототока позволяют увеличить быстродействиепримерно в 10 -10 раз (по коэффибциенту усиления) . Предельная скорость считывания обеспечиваетсяэлектромагнитной разверткой светового луча в растр и составляет -10 сна 1 кадр,Частота записываемого сигнала Гпрактически определяется скоростямизаписи и считывания и при скоростяхЧ=1 км/с максимальное значение осоставляет 10 МГц, а при Ч=100 км/сХ, =100 ГГц, где Г - максимальноезначение частоты записываемого сигнала.Предлагаемое устройство позволяетпроизводить многократное считывание9 11428 сигнала практически без заметного стирания записи, так как свет малой интенсивности с длинами волн видимого и инфракрасного диапазонов не вызывает физико-химических изменений на поверхности твердых тел, приводящих к изменению состава поверхностиИспользование в качестве покрытия экрана двухкомпонентного материала 1 О с избыточным содержанием электро- положительных атомов, чувствительных к дозе облучения электронным пучком, выгодно отличает предлагаемое устройство от известных, так как 15 на несколько порядков большие значе- . 60 Ония фототока по сравнению с токами ОСЭЭЭ позволяют соответственно увеличивать скорость считывания, производить многократное считывание беэ заметного изменения величины сигнала (т.е, качества записанного сигнала за счет постоянства фототока во времени, в противоположность спадающей характеристике тока ОСЭЭЭ от времени) . Кроме того, увеличивается время хранения записанной информации до. 30 сут.Предлагаемое устройство может быть использовано для запоминания сигналов и фотоизображений в измерительной технике.1142860 Составитель В.Костидактор С.Тимохина Техред С.Легеза орректор Е.Сирохман каз 743/4В 3 Тираж 584 НИИПИ Гасударственного ко по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаушскаяПодп митета ССС и открыти наб., д.