вакуумный микродиод

Формула изобретения

Вакуумный микродиод, содержащий диэлектрическую подложку с расположенными на ней пленочными анодом, диэлектрической прослойкой, автокатодом, нагрузочным сопротивлением и выводами для подключения источников электрического питания, прослойка выполнена с отверстиями, автокатод с отверстиями по отверстиям в прослойке, отличающийся тем, что автокатод выполнен трехслойным, первый и третий слои одинаковы по толщине и коэффициенту термического расширения, второй слой оголен от первого и третьего на одинаковую глубину, выполнен в плане в виде заостренных лент со свободными торцами, приходящимися на отверстия, каждая лента имеет собственное нагрузочное сопротивление, несет пленочную шину, удаленную от отверстия на большее расстояние по сравнению с нагрузочным сопротивлением, анод оснащен по отверстиям в прослойке проводящими выступами, например, из катодолюминофора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к основным элементам электрического оборудования и может быть использовано для создания вакуумных интегральных схем различного назначения, плоских катодолюминесцентных экранов.

Известен вакуумный микродиод (ВМД), используемый в дисплее по патенту США N 3.921.022, МКИ: Н 01 I 1/02, содержащий ненакаливаемый (автоэлектронный) катод в виде проводящей подложки с конусообразным проводящим выступом и анод в виде проводящей пленки с отверстием по месту выступа, выводы катода и анода. Недостатком такого ВМД аналога (именуемого ниже первый аналог) является низкая долговечность в техническом вакууме (10^-6-10^-7 мм рт.ст.), обусловленная прогрессирующим увеличением радиуса кривизны вершины выступа катода вследствие его ионной бомбардировки.

Недостаток частично устранен в ВМД аналоге (именуемом ниже второй аналог) по статье А.А.Васенкова и др. Низковольтные кремниевые матричные автоэлектронные катоды (Электронная промышленность, вып. 8(166), 1987 г. стр. 48-49) за счет применения проводящей подложки с лезвийным выступом, расположенным в прорези анода. Однако имеется другой недостаток - неоднородность эмиссии различных параллельно действующих лезвий, например, в составе матричной структуры с общей подложкой.

Недостаток второго аналога устранен в третьем аналоге по патенту ЕР N 0316214 А1 МКИ⁴: Н 01 I 1/30 под названием "Источник электронов на микроостриях. " за счет применения нагрузочных сопротивлений, расположенных между подложкой и выступами. Однако имеется еще недостаток низкая экономичность, обусловленная необходимость формирования субмикронных структур в плоскости анода.

В качестве прототипа, в котором устранен этот недостаток, взято техническое решение по источнику: "H.Komatsu "Fabrication and characteristics of vacuum microelectronic devices. ", Technical Digest of IVML-91, Nugahama 1991, III-4 (рр.49-49), содержащее диэлектрическую подложку, острийный пленочный автоэлектронный катод, пленочный анод, диэлектрическую прослойку, выводы катода и анода, при этом подложка несет прослойку и анод, прослойка несет катод, прослойка выполнена с отверстиями, катод выполнен с отверстиями по отверстиям в прослойке, катод оголен от прослойки по кромкам отверстий.

Недостаток прототипа тот же, что и у указанного второго аналога, а именно неоднородность эмиссии различных параллельно действующих лезвий.

Предлагаемое техническое решение данного недостатка не имеет и заключается в том, что в вакуумном микродиоде, включающем диэлектрическую подложку с расположенными на ней пленочными анодом, диэлектрической прослойкой, острийным автоэлектронным катодом и вывод для подключения источника электромагнитного питания, при этом прослойка выполнена с отверстиями, а катод с отверстиями, а катод с отверстиями по отверстиям в прослойке и оголен от прослойки по краям отверстий, катод выполнен с прорезями по форме кромок отверстий, а прослойка несет по прорезям пленочные нагрузочные сопротивления. Кроме того, катод выполнен слоистым, причем первая и третья пленки одинаковы по порядку толщины и коэффициента термического расширения, а вторая пленка оголена по отверстиям от первой и третьей на одинаковую глубину в своих частях, прилегающих к отверстиям, катод выполнен в виде заостренных лент, каждая из которых имеет свои поперечные прорези и сопротивления; анод же выполнен с выступами по отверстиям в прослойке. К этому следует добавить, что анод выполнен в виде параллельных Х шин, катод в виде Y шин, ортогональных Х-шинам, отверстия выполнены по местам пересечений Х и Y - шин, а выступы выполнены из катодолюминофора различного состава.

Обоснование преимуществ заявленного ВМД состоит в том, что благодаря нагрузочным сопротивлениям различные ВМД при их компоновке в параллельно действующие, например, матричные структуры, имеют в первом приближении одинаковые характеристики и как следствие более широкие области применения.

На чертеже изображен вариант заявленного ВМД в сечении плоскостью, перпендикулярной подложке и кромке катода: 1 подложка, 2 анод, 3 - прослойка, 4,5,6 слоистый (трехслойный) катод, 7 вывод катода, 8 - нагрузочное сопротивление, 9 выступ анода.

Назначение и связь элементов конструкции в статике: подложка 1 несущее основание, анод 2 электрод, инициирующий эмиссию и одновременно коллектор эмиттированных электронов, средняя пленка 5 катода собственно автоэлектронный эмиттер, нижняя пленка 4 и верхняя пленка 6 катода обеспечивают адгезию пленочных компонент 3,4,5,6,7 структуры друг к другу, 7 - контактный электрод для подключения катода к источнику электрического питания, нагрузочное сопротивление 8 снижает неоднородность эмиссии различных параллельно действующих фрагментов пленки 5, за счет выступа 9 сокращается расстояние от торца пленки 5 до анода, повышена низковольтность ВМД.

Подложка 1 может быть выполнена из стекла, анод 2 и вывод 7 из алюминия, прослойка 3 из окиси кремния, пленки 4,6 из хрома, пленка 5 из углерода, сопротивление 8 из кремния, выступ 9 из алюминия или из катодолюминофора.

Конструкция ВМД на чертеже в целом может быть выполнена методами твердотельной электроники по аналогии с прототипом.

В основном электрическом режиме на катоды 4,5,6 подается через вывод 7 отрицательный, а на анод 2 положительный импульсы напряжения. При этом под действием электрического поля, концентрирующегося на торце пленки 5, возникает автоэлектронная эмиссия, поток электронов попадает на анод 2 (выступ 9).

Имеется дополнительный вариант заявленного ВМД, характеризующийся признаками одинаковости порядка толщины пленок 4,6, одинаковости порядка коэффициента термического расширения пленок 4, 6, а также признаком оголенности пленки 5 от пленок 4,6 на одинаковую глубину эти признаки предотвращают изгиб катода (изменение геометрии и токовых характеристик ВМД) при изменении температуры ВМД в условиях эксплуатации.

Вариант заявленного ВМД с выступом 9 анода 2 может быть выполнен гальваническим осаждением на анод металла либо в варианте ВМД как вакуумного светодиода, катодофорезным осаждением катодолюминофора.

Имеется также дополнительный вариант заявленного ВМД, характеризующийся признаками катода, выполненного в своих частях, прилежащих к отверстиям, в виде лент (с прорезями, ортогональными кромкам отверстий) так, что каждая лента имеет свои поперечные прорези и сопротивления. Благодаря такому отличию количество эмиссионно активных центров на кромке пленки 5 по отверстию возрастает, общий эмиссионный ток катода увеличивается.

Еще один вариант ВМД имеет дополнительное отличие, состоящее в том, что анод выполнен в виде параллельных Х-шин, катод выполнен в виде параллельных Y-шин, ортогональных Х шинам, отверстия выполнены по местам пересечения X-, Y-шин, выступы выполнены из катодолюминофора различного состава (различного цвета свечения). Благодаря такому отличию расширяются функциональные возможности ВМД, в частности он может использоваться в режиме полноцветного и телевизионного дисплея.

Работоспособность заявленного ВМД обоснована данными о работоспособности аналогов, результатами анализа закона автоэлектронной эмиссии (Фаулера-Нордгейма).

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

средство, воплощающее заявленное решение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, в частности для создания плоских катодолюминесцентных экранов;

для заявленного решения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной ниже формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных выше или известных до даты приоритета средств и методов;

средство, включающее заявленное решение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требования "промышленная применимость" по действующему законодательству об изобретениях.