Файл: Ненакаливаемые катоды..pdf

пленке. Эффективность катода (отношение тока эмиссии

эмиссионного тока катода может быть оценена, если при­ нять видимый размер площадки, занятой центрами све­ чения, за истинный. Для при­

эмиссии относительно напряжения между электродами катода с точностью 0,1 ... 0,2 мкс не была замечена.

Шумовые свойства катода исследовались в высоко­ частотной области спектра на частоте 5,5 МГц в режиме насыщения при сравнении с шумами диода с вольфра­ мовым термокатодом. При этом предполагалось, что шу­ мы тока эмиссии в режиме насыщения зависят от по­ стоянной составляющей тока эмиссии по закону Шоттки. Шумовые токи проводимости пленки и эмиссии неста­ бильны во времени даже после длительной стабилиза­ ции катода. Их усредненные по многократным измере­ ниям типичные зависимости от постоянных составляю­ щих токов приведены на рис. 1.15.

Для шумового тока проводимости эта зависимость в исследуемом диапазоне изменения постоянной состав­ ляющей, который соответствует участку нелинейной за­ висимости тока проводимости пленки от напряжения па

27

электродах, близка к Линейной, с не очень явно выра­ женной тенденцией к насыщению. При равных постоян­ ных составляющих шумовой ток проводимости пленки оказался в 20 ... 50 раз (для различных катодов) выше шумового тока эмиссии шумового диода. Зависимость шумового тока эмиссии от постоянной составляющей (рис. 1.15) существенно отличается от аналогичной за­ висимости дробового эффекта. В исследованном диа­ пазоне изменения тока эмиссии шумовой ток в 5 . . . 15 раз превышал шумовой ток шумового диода.

Рис. 1.15. Зависимость величины шумовых токов эмиссии / шэ и про­ водимости / ш от величины постоянной составляющей токов эмис­ сии / э и проводимости / соответственно на частоте 5,5 МГц (при по­ лосе пропускания ±6,5 МГц).

Стойкость катода к отравлению газами исследовалась в диапазоне давлений 10~7 ... 10~4 мм рт. ст. Атмосфера прибора содержала в основном аргон и метан. При дав­ лении. 10~7 мм рт. ст. катод обеспечивает стабильность тока эмиссии в указанных выше пределах. Дальнейшее снижение давления газов в приборе до 10“9 мм рт. ст. не приводило к повышению стабильности параметров катода. Повышение давления в приборе осуществлялось за счет дозированного поступления через натекатель воздуха при непрерывной откачке прибора паромасля­ ным насосом. Атмосфера прибора содержала при этом в основном пары воды, кислород, углеводороды и водород (в порядке убывания парциальных давлений). До давле­ ний около 10-5 мм рт. ст. токи эмиссии и проводимости менялись мало в пределах выбранного времени испыта­ ния в десятки минут. При давлениях 10~5 мм рт. ст. и выше наблюдается заметное снижение тока эмиссии и

28

проводимости. Скорость снижения быстро растет с уве­ личением давления. Предельное давление и скорость спа­ да параметров катода зависят от особенностей изготов­ ления катода.

1.3. Ненакаливаемые катоды на основе пленок двуокиси олова

Двуокись олова Sn02 как широкозонный, химически устойчивый полупроводник с удельным сопротивлением, регулируемым в широких пределах, легко получаемый в виде пленок, является интересным объектом для иссле­ дования «холодной» эмиссии. По данным [24], получен­ ным для естественных кристаллов Sn02, оптическая ши­ рина запрещенной зоны <§*= 3,54 зВ. Кристаллы обычно являются электронными полупроводниками с уровнями залегания доноров <§д= 0,12 и 0,31 эВ и их концентра­ цией, доходящей до величины порядка 1021 см~3. Кон­ центрация электронов проводимости при комнатной тем­ пературе п=1014 ... 1018 см-3, а подвижность р=10 ...

... 315 см2/ В - с, что соответствует проводимости 10~4. ..

... 60 Ом-1 • см-1. Sn02 является кристаллом с ионными связями. Ее работа выхода существенно зависит от спо­ соба получения образца и может изменяться от 3,5 до 4,5 эВ. Вторично-эмиссионные свойства исследованы в работах [25, 26] на пленках, осажденных на диэлектри­ ческую подложку. Максимальный коэффициент вторич­ ной эмиссии составляет сгмакс = 2,7 при энергии первич­ ных электронов 300 эВ.

В работе [27] впервые исследовалась эмиссия горячих электронов и автоэлектронная эмиссия (АЭЭ) из тонких пленок Sn02, подвергнутых специальной обработке. По­ лучены высокие плотности эмиссионного тока (более 10 А/см2) и высокая эффективность эмиссии у (отноше­ ние тока эмиссии к сквозному току). Для разных образ­ цов величина у находилась в пределах 0,25 ... 1.

Эта работа послужила толчком для проведения более глубокого исследования условий получения эмиссии из пленок Sn02, определения ее механизма, а также выбора конструктивных форм катодов [26, 29]. Технология полу­ чения тонких слоев Sn02 разработана достаточно хоро­ шо, поскольку эти пленки широко используются в каче­ стве проводящих прозрачных покрытий и просветляющих пленок в оптических системах.

29

Для получения пеиакаливаембго источника электро­ нов пленки Sn02 наносились на диэлектрическую под­ ложку— оптически полированный плавленый кварц. Ис­ пользовался обычно принятый метод нанесения — гидро­ лиз паров S11CI4 па нагретой подложке (около 450 °С). Добавлением присадок Sb, NH4F и других регулируется проводимость пленок. Режимы получения слоев необхо­ димого качества (по прозрачности и сопротивлению) подбираются экспериментально для каждого конкретно­ го случая [28].

Для получения эмиссии на пленках окиси олова дол­ жен быть создан узкий участок сильного электрического поля. Локализация поля в [27] достигалась за счет спе­ циальной конфигурации (рис. 1.16) с последующей обра­ боткой пленки. Необходимая обработка пленки состоит из двух этапов. Первой важнейшей операцией является

прогрев пленки, который производится пропусканием 7 через пленку постоянного (переменного) тока. При этом, естественно, нагревает­ ся в основном тонкий пере­ шеек. При 7’^600°С проис­ ходит интенсивное обезгажи-

вапие слоя.

В процессе тепловой об­ работки наблюдается стяги­ вание теплового свечения к середине перешейка. Несом­

ненно, что локализация свечения связана с локализацией в этом месте электрического ноля. Локализация скорее всего обусловлена наличием градиента температуры, приводящего к термодиффузии или электродиффузии примесей от центра перешейка к периферии, либо к из­ менению фазового состава в системе олово — кислород Процесс формовки катода сопровождается изменением общего сопротивления слоя: в центре локализации тепло­ вого свечения образуется область с высоким сопротив­ лением (при неизменном сопротивлении всей остальной части пленки). Таким образом, процесс формовки катода заключается в создании на узком перешейке локальной области с высоким сопротивлением. Второй этап формов­ ки сводится к последующему электрическому пробою образовавшегося тонкого слоя, что приводит к сущест­ венному изменению структуры.

30