Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(71) Заявитель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Институт цифрового телевидения(73) Патентообладатель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Институт цифрового телевидения(56) Справочник по основам электронной техники. Гершунский Б.С., Романовская А.В., Ващенко Н.М., Власенко В.В. Издательство Киевского университета, 1972. - С. 115, Рис. 7-3,58051437 А 1, 1983,0331337 2, 1989,0241956 А 1, 1987,0416626 2, 1991,0041119 А 1, 1981,852097 , 1988.(57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве эффективных катодных узлов электроннолучевых трубок и других электровакуумных приборов с управляемым током катода. Катодный узел ЭЛТ содержит модулятор, катод, включающий твердую многослойную основу, и источник электронной эмиссии. Твердая многослойная основа выполнена в виде полупроводниковой полевой триодной структуры, причем канал полевой триодной структуры выполнен из широкозонного полупроводника -типа, а в качестве источника электронной эмиссии используется внешняя поверхность слоя узкозонного полупроводника, образующего с полупроводником канала гетеропереход. Слой -узкозонного полупроводника неравномерно легирован по толщине, которая составляет от 0,5 до 0,95 , где- диффузная длина носителей заряда. На его внешней поверхности размещен активированный слой из материала с малой работой выхода электронов. 4545 1 Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве эффективных катодных узлов электроннолучевых трубок и других электровакуумных приборов с управляемым током катода. Известен катодный узел ЭЛТ 1, который представляет систему оксидированный канальный катодмодулятор. На цепь подогрева катода подается напряжение накала, а между катодом и модулятором - управляющее напряжение величиной в десятки вольт. Такая конструкция катодного узла обладает большой потребляемой энергией цепи накала, высоким управляющим напряжением и малым сроком службы. Также известен катодный узел ЭЛТ 2, содержащий модулятор и составной катод. Катод узла ЭЛТ выполнен из сплава никеля с вольфрамом, имеет слой окисла, способного к термоэлектронной эмиссии, который непосредственно соприкасается с плоской частью передней стороны основания катода и находится с ней в контакте, причем граничная поверхность, способная к термоэлектронной эмиссии, состоит в основном из 36. Плоская часть металлического основания имеет платиновое покрытие, на поверхность которого наложен слой окисла. Данная конструкция катода в узле обладает сложной структурой, значительным рядом дорогостоящих металлов, низким сроком службы и высоким энергопотреблением. Прототипом предлагаемого изобретения является катодный узел ЭЛТ, описанный в 3. Катодный узел включает катод и модулятор. Катод является многослойным и реализован на металлической пластине из сплава никеля, содержащего вольфрам, на которой сформирован слой на основе окисла щелочно-земельного металла, испускающего электроны. Между пластиной и слоем имеется пленка из платины или рения. Кроме того, металлическая пластина покрывается также пленкой платины или рения, на который затем нанесен слой на основе окисла щелочноземельного металла. Недостатками прототипа являются а) сложная структура катода, для создания которой требуется многостадийная сложная технология и большой ряд используемых для изготовления материалов б) невысокая чувствительность катодного узла ЭЛТ по управляющему сигналу. Для его нормальной работы управляющее напряжение на модуляторе составляет десятки вольт в) низкий срок службы катодного узла ЭЛТ, связанный с интенсивным распылением активированного слоя катода в процессе термоэлектронной эмиссии. Срок службы такого типа катодов не превышает 103 ч. Задача предполагаемого изобретения заключается в повышении чувствительности и срока службы катодного узла ЭЛТ. Решение задачи достигается тем, что в катодном узле ЭЛТ, содержащем модулятор, на вход которого подается модулирующее напряжение, катод, включающий твердотельную многослойную основу со входами для подключения питающего напряжения и источник электронной эмиссии, притом твердая многослойная основа выполнена в виде полупроводниковой полевой триодной структуры, затвор и вход затвора которой являются соответственно модулятором и входом модулятора, а входы истока и стока которой являются входами питающего напряжения катода, причем канал полевой триодной структуры выполнен из широкозонного полупроводника -типа, а в качестве источника электронной эмиссии используется внешняя поверхность слоя -узкозонного полупроводника, образующего с полупроводником канала контакт с гетеропереходом на центральной части торцевой стороны канала со стороны стока, свободной от слоя металла, образующего омический контакт со слоем -узкозонного полупроводника и с полупроводником канала для связи со входом стока. Слой -узкозонного полупроводника неравномерно легирован по толщине, которая составляет от 0,5 до 0,95 , где- диффузионная длина носителей заряда, на его внешней поверхности размещен активированный слой из материала с малой работой выхода электронов, а на его торцевую поверхность перед слоем металла нанесена пленка толщиной от 100 до 200 из материала омического контакта. Боковая поверхность полупроводниковой полевой триодной структуры покрыта защитным слоем диэлектрика, на котором размещен металлический экран. Изложенная сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 изображена конструкция катодного узла ЭЛТ, а на фиг. 2 - его зонная диаграмма. Конструктивно катодный узел ЭЛТ состоит из полупроводниковой полевой триодной структуры, включающей полупроводниковой твердое основание 1, выполненное из слаболегированного широкозонного полупроводника -типа и являющееся каналом, р-область 2 с омическим контактным слоем 3, размещенная по боковой поверхности канала 1. С левой торцевой стороны канала размещен омический контакт 4, являющийся истоком полевой триодной структуры, а на центральной правой торцевой стороне канала 1 сформирован слой узкозонного полупроводника 5 и оставшейся торцевой части канала 1 размещен слой металлаомический контакт 6 к каналу 1, являющийся стоком и также служащий омическим контактом к узкозонному полупроводнику 5. На внешней поверхности узкозонного полупроводника 5 размещен активированный слой 7 с малой работой выхода. Боковая поверхность полупроводниковой полевой триодной структуры защищена слоем диэлектрика 8, на которой размещен металлический экран 9. Обедненные области 10 канала 1 представляют модулятор инжектированных через канал 1 носителей заряда, а полевая триодная структура является источником электронной эмиссии. 2 4545 1 В качестве материала канала 1 используется широкозонный слаболегированный донорной примесью полупроводник (Е 1,25 эВ), с высокой подвижностью основных носителей - электронов. Им является арсенид галлия, фосфид индия, арсенид алюминия, антимонид алюминия, теллуриды и селениды кадмия и цинка. Размеры канала длина -, ширина - , толщина -выбираются из условия обеспечения оптимальной плотности потока инжектированных через канал электронов, динамического диапазона управляющего напряжения и могут составлять 10-103 мкм 5-104 мкм 1,5-10 мкм. При этом длина и ширина задаются с учетом выбранного материала необходимым рабочим потоком эмитирующих электронов, а толщина - возможностью эффективного изменения ширины канала в заданном диапазоне управляющего напряжения 0-10 В. Р-области 2 формируются на верхней и нижней боковых поверхностях канала путем легирования их акцепторной примесью. Р-область 2 и канал 1 -типа проводимости создают управляемые переходы. На -области 2 наносятся омические контакты - дляр-типа, это слои -А- толщиной 0,5-2 мкм, к которым затем привариваются внешние выводы. Для канала -типа изматериалом для создания омического контакта - истока 4 являются -, для- , , , , для фосфида индия - , , . Контактирующий с каналом 1 со стороны стока -слой полупроводника 5 является узкозонным. Как показали результаты эксперимента, соотношение площади, занимаемой -слоем полупроводника 5 на торцевой части канала 1, к занимаемой стоком 6 площади на этой торцевой поверхности канала 1 зависит от размеров канала и составляет от 1001 до 51, а толщина -слоя полупроводника составляет (0,5-0,95), где- диффузионная длина носителей заряда. В качестве узкозонногополупроводникового слоя 5 могут использоваться , , , ширина запрещенной зоны которых Е 0,4 эВ и соответственно составляет Е 0,36 эВ Е 0,17 эВ Е 0,29 эВ. Контактирующие канал 1 из широкозонного -типа полупроводника и -слой 5 узкозонного полупроводника создают изотипный - гетеропереход, который, как показано на фиг. 1-б, преобразует обычные диффундирующие электроны из канала 1 в -слой 5 в горячие, т.е. изотипный гетеропереход является источником горячих электронов. Как показали результаты эксперимента, для более эффективного диффузионного перемещения горячих электронов из канала 1 черезслой 5 в активированный слой 7 с низкой работой выхода этот слой 5 неравномерно легирован, например, по параболическому закону с максимальным обеднением основных носителей со стороны канала 1. Для обеспечения высокого коэффициента передачи изотипного - гетероперехода, представляющего контакт канала 1 и слоя 5, необходимо хорошее согласование в постоянных решеткии -областей. Толщина его находится в интервале 1-102 мкм. Слой стока 6 одновременно является омическим контактом к слою 5 узкозонного полупроводника, исключая при этом запорный слой на границе их контакта и повышая эффективность процесса втягивания электронов через канал 1 в -слой 5, для чего на торцевые границы слоя 5 перед нанесением слоя омического контакта 6, подпыляется пленка толщиной 100-200 из материала омического контакта к слою 5. На слое диэлектрика 8 размещается металлический экран 9, который наряду с защитой полевой полупроводниковой триодной структуры от электромагнитных помех улучшает фокусировку испускаемого активированным слоем 7 потока электронов. Поэтому экран 9 обычно своим внешним выводом соединяется с корпусом. К внешним выводам истока 4 и стока 6 прикладывается, как показано на фиг. 1-а, напряжение прямой полярности, а к внешним выводам истока 4 и затвора 3 прикладывается напряжение обратной к - переходу затвора полярности. Для повышения фокусирующего действия экрана 9 его внешний вывод может подключаться через переменный резистор к отрицательному полюсу дополнительного источника (пунктирная часть на фиг. 1-а). Катодный узел ЭЛТ работает следующим образом. При помещении катодного узла ЭЛТ в вакуумированный баллон электроннолучевой трубки и подаче питающего напряженияпрямой полярности на электроды истока 4 - стока 6 при напряжении на электродах истока 4 - затвора 30 происходит интенсивное движение эмитированных от источника питанияиз истока 4 в канал 1 электронов, которые под действием прикладываемого напряженияустремляются к области стока и диффундируют из широкозонного канала 1 в узкозонный -слой 5 полупроводника. Переходя из канала 1 в -слой 5 полупроводника, то есть через изотипный - гетеропереход электроны, благодаря наличию потенциального барьера на этом гетеропереходе, становятся горячими и вследствие действия тянущего электрического поля, создаваемого положительным зарядом ионов доноров с максимальной концентрацией со стороны активированного слоя 7, происходит интенсивная инжекция электронов в активированный слой 7 с низкой работой выхода по диффузионно-дрейфовому механизму и интенсивное излучение инжектированных электронов с внешней поверхности активированного слоя 7. В случае отсутствия активированного слоя 7 электроны могут эффективно излучаться в вакуум внешней поверхностью узкозонного слоя 5. Так как приложенное к каналу напряжениераспределяется равномерно, то при 0 напряжение обратной полярности, приложенное к - переходу затвора, будет максимальным со стороны стока и вследствие расширения обедненных носителями областей 10 обратно смещенных переходов со стороны стока ширина канала здесь будет минимальной. 3 4545 1 С ростом питающего напряженияинжектирующий в -слой 5 поток электронов (ток стока) возрастает до момента, когда обедненные слои в канале со стороны стока смыкаются. Последующее повышение напряжения до момента лавинного размножения носителей на - переходе затвора не приводит к значительному росту тока стока, т.е. поток инжектирующих в -слой 5 электронов эффективно возрастает при питающих напряженияхдо момента смыкания обедненных слоев 10 со стороны стока, величина которых составляет 1-6 В. Приложенное к электродам исток - 4 - затвор 3 напряжение обратной полярностик - переходу затвора резко изменяет ширину канала, то есть его проводимость и соответственно поток электронов от истока 4 к -слою 5, поскольку плотность тока(Х)Ех (1), где- плотность тока в канале 1- проводимость канала 1-/ - напряженность электрического поля в канале. В общем случае ток канала определяется выражением 2,(2)где- ширина канала а - полутолщина канала- толщина обедненного слоя - дрейфовая подвижность носителей в канале- эффективное напряжение в канале. Как следует из выражений (1)и (2), с изменением управляющего напряжения резко изменяется проводимость каналаи его выходной ток. Следовательно затвор, представляющий - переход между каналом 1 и -областью 2 с омическим контактным слоем 3, выполняет функции модулятора, то есть регулирует плотность излучаемого активированным слоем 7 электронного потока от нуля до максимального значения при заданной величине питающего напряжения . Поскольку проводимость канала резко изменяется с изменением управляющего напряжения , это напряжение незначительно и составляет для различного типа полупроводниковых полевых триодных структур (из разных полупроводников, разных размеров структур), 010 В. При этом поток излучаемых электронов изменяется на несколько порядков. Питающее напряжениедля катодных узлов ЭЛТ находится в интервале 1-10 В. Созданное экспериментальное устройство - катодный узел ЭЛТ с общими размерами 3 х 5 мм и размерами полупроводниковой полевой структуры 30 мкм 103 мкм 4 мкм, выполненной на -кремнии с концентрацией примеси 21014 см-3 - 61014 см-3. -слой 5 выполнен из арсенида индия, при этом его толщина составила 0,2-0,3 мкм. Активированным слоем является слой цезия толщиной 0,3-0,7 мкм. Экспериментальный катодный узел ЭЛТ обеспечивает эмиссию электронов плотностью 18-30 мА/мм 2 при 0, комнатной температуре и питающем напряжении 2-3,5 В. Плотность эмиссионного потока электронов регулируется от оптимального значения до нуля при изменении управляющего напряжения от 0 до 6 В. Таким образом, благодаря тому, что в предложенном катодном узле ЭЛТ источник электронной эмиссии выполнен полупроводниковой полевой триодной структурой, затвор и вход затвора которой являются модулятором и входом модулятора, а входы истока и стока которой являются входами питающего напряжения катода, при этом канал полевой триодной структуры выполнен из широкозонного полупроводника -типа, а в качестве источника электронной эмиссии используется внешняя поверхность слоя -узкозонного полупроводника, образующего с полупроводником канала контакт с гетеропереходом на центральной части торцевой стороны канала со стороны стока, свободный от слоя металла, образующего омический контакт со слоем-узкозонного полупроводника и с полупроводником канала для связи со входом стока, достигается поставленная цель - чувствительность по управляющему напряжению возрастает с 0,15 Всм 2 А-1 для прототипа до 0,9 Всм 2 А-1, а срок службы возрастает с 103 часов до 104 часов и более. Источники информации 1. Горелик С.Л., Кац Б.М. Электронно-лучевые трубки в системах обработки информации. -М. Энергия,1977. 2. Пат. США 4349766, МПК 01 1/14, 1982. 3.58051437 1, 1983 (прототип). 1. Катодный узел ЭЛТ, содержащий модулятор, на вход которого подается модулирующее напряжение,катод, включающий твердую многослойную основу со входами для подключения питающего напряжения,источник электронной эмиссии, отличающийся тем, что твердая многослойная основа выполнена в виде полупроводниковой полевой триодной структуры, затвор и вход затвора которой являются соответственно модулятором и входом модулятора, а входы истока и стока которой являются входами питающего напряжения катода, при этом канал полевой триодной структуры выполнен из широкозонного полупроводника типа, а в качестве источника электронной эмиссии используется внешняя поверхность слоя -узкозонного полупроводника, образующего с полупроводником канала контакт с гетеропереходом на центральной части торцевой стороны канала со стороны стока, свободной от слоя металла, образующего омический контакт со слоем -узкозонного полупроводника и с полупроводником канала для связи со входом стока. 4 4545 1 2. Катодный узел по п. 1, отличающийся тем, что слой -узкозонного полупроводника неравномерно легирован по толщине, которая составляет от 0,5 до 0,95 , где -диффузионная длина носителей заряда. 3. Катодный узел по одному из пп. 1, 2, отличающийся тем, что на внешней поверхности слоя узкозонного полупроводника размещен активированный слой из материала с малой работой выхода электронов. 4. Катодный узел по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что на торцовую поверхность слоя узкозонного полупроводника перед слоем металла, образующим омический контакт со слоем -узкозонного полупроводника и с полупроводником канала для связи со входом стока, нанесена пленка толщиной от 100 до 200 из материала омического контакта к слою -узкозонного полупроводника. 5. Катодный узел по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что боковая поверхность полупроводниковой полевой триодной структуры покрыта защитным слоем диэлектрика. 6. Катодный узел по п. 5, отличающийся тем, что на защитном слое диэлектрика размещен металлический экран. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.

МПК / Метки

МПК: H01J 1/308

Метки: элт, узел, катодный

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-4545-katodnyjj-uzel-elt.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Катодный узел ЭЛТ</a>

Похожие патенты