Способ повышения плотностей тока автоэмиссии и деградационной стойкости автоэмисионных катодов

Номер документа 6420170034

РУБРИКА:
6. Патентное дело, изобретательство, рационализаторство

РУБРИКА ГРНТИ:
47.14.13. Проектирование и конструирование изделий электронной техники СВЧ-диапазона

АТРИБУТЫ:
Отрасли: энергетическое машиностроение и оборудование
Тепловая энергия:
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Патент
Номер: 2588611
Автор (принявший орган): ОАО "НПП "Алмаз" 410033, г. Саратов, ул. Панфилова, д. 1тел./факс: (8452) 63–35–58; 48–00–39, e-mail: info@almaz-rpe.ru; Бушуев Н.А., Шалаев П.Д., Яфаров А.Р., Яфаров Р.К
Дата: 11.07.2016
Регион: Саратовская область
Источник информации: http://almaz-rpe.ru

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии углеродных структур. Синтез материала эмиттера автоэмиссионного катода осуществляют в плазме микроволнового газового разряда из паров углеродосодержащих веществ, например этанола. Образующийся композиционный материал представляет собой графитовую матрицу с включениями наноалмазных кристаллитов. Автоэмиссионный катод изготавливают в виде слоистой структуры с периодически встроенными наноалмазографитовыми пленочными структурами на тонких теплопроводящих диэлектрических подложках, а автоэмиссионный токоотбор осуществляют с торца слоистого автокатода. Изготовление автоэмиссионного катода осуществляется по технологии, совместимой с технологией производства кремниевых интегральных схем. Технический результат - повышение механической и электрической прочности, плотности автоэмиссионных токов и деградационной стойкости при работе с повышенными напряжениями. Целью изобретения является создание такой матрицы автоэмиссионного катода на основе композиционного наноалмазографитового пленочного материала, которая обеспечивала бы существенное повышение плотностей токов автоэмиссии и деградационной стойкости (стабильности сильноточной автоэлектронной эмиссии при более продолжительном ресурсе работы). Поставленная цель достигается тем, что способ повышения плотностей тока автоэмиссии и деградационной стойкости автоэмиссионных катодов, рабочие структуры которых, представляющие собой композиционные наноалмазографитовые пленки, синтезированы в плазме микроволнового газового разряда паров углеводородных веществ, например этанола, отличающийся тем, что для повышения плотностей токов автоэмиссии и деградационной стойкости автоэмиссионный токоотбор осуществляют с торца полученной алмазографитовой пленочной структуры. Композиционные наноалмазографитовые пленочные структуры для сильноточных автоэмиссионных катодов, представляющих собой графитовую матрицу с включениями наноалмазных кристаллитов, получают осаждением в неравновесной плазме СВЧ газового разряда в магнитном поле паров углеродосодержащих веществ, например этанола, с толщиной менее 100 нм на тонкие теплопроводящие подложки (например, керамику, стекло и др.), а автоэмиссионный токоотбор осуществляют с торца полученной пленочной структуры. В таких автокатодных пленочных структурах существенно улучшаются условия теплоотвода, так как отвод тепла от токового канала каждого эмиссионного центра осуществляется не в поперечное сечение тонкой пленочной структуры, обладающей повышенным сопротивлением, а в массивную подложку, на которой находится пленочный автокатод, за счет продольного транспорта носителей. В этом случае по сравнению с поперечным транспортом в традиционной планарной пленочной структуре улучшается адгезионная прочность за счет изменения направления воздействия пондеромоторных сил с поперечного на продольное относительно автоэмиссионной пленки, а также снижения их величин в результате снижения площади воздействия электростатического поля и уменьшается вероятность поперечного к пленке лавинного электрического пробоя. В результате обеспечивается повышение деградационной стойкости при существенно больших плотностях автоэмиссионных токов. Для повышения общей величины автоэмиссионного тока катодную матрицу изготавливают в виде подложек, на которых алмазографитовые структуры осаждаются с обеих сторон. При этом они могут быть как одно-, так и многослойными с диэлектрической изоляцией между отдельными слоями в последнем случае. В дальнейшем из полученных таким образом структур может формироваться катодная матрица, в которой отдельные плоские элементы (подложки с осажденным нанокомпозитом) скрепляются между собой в пакет механически или с использованием клея. Изготовленные торцевые автокатоды с наноалмазографитовыми пленочными структурами, полученными осаждением в неравновесной плазме СВЧ газового разряда в магнитном поле паров углеродосодержащих веществ, например этанола, с толщиной менее 100 нм при испытаниях показали хорошие характеристики, а именно высокую стабильность эмиссии при амплитуде флуктуации тока менее 3,5% на начальном этапе, что позволяет прогнозировать срок службы катода на уровне не менее 10000 часов, плотность тока эмиссии составляла 1000 А/см2 и более, что в 50 и более раз превышает максимальную плотность тока, полученную в планарной структуре прототипа. При увеличении количества алмазографитовых слоев в торцевой катодной матрице общий токоотбор увеличивается пропорционально площади торцевых эмитирующих структур.