СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДМ-КАТОДА

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к технологии изготовления элементов электровакуумных приборов, в частности катодов.

Известен МДМ-катод [1], выполненный в виде тонкопленочной системы «металл-диэлектрик-металл» на полированной подложке, отличающийся тем, что для увеличения эмиссионных параметров катода в качестве диэлектрика используется пористая пленка диоксида кремния.

Пористые пленки диоксида кремния (SiO₂) с различной концентрацией пор получались путем магнетронного распыления комбинированной мишени Si+C в среде смеси газов Аr+O₂. Формирование пор объясняется протеканием химических реакций углерода с кислородом на подложке с образованием газового компонента (СО₂), который покидает пленку SiO₂, разрыхляя ее и формируя в ней сквозные поры и поры с газовыми включениями. Наличие пор облегчает формовку МДМ-катода и повышает эмиссионные параметры. Недостатком такого МДМ-катода является неравномерная эмиссия по поверхности вследствие неупорядоченного расположения на ней пор.

Недостатком известных способов является, то, что шероховатая поверхность имеет нерегулярную структуру с плохой воспроизводимостью.

Целью изобретения является повышение плотности и равномерности тока эмиссии МДМ-катодов.

Поставленная цель достигается тем, что на нижнем электроде МДМ-катода формируются металлические наноострия с плотностью 5·10⁸ см^-2 путем электрохимического осаждения металла через сквозные поры шаблона из полимерной пленки.

Предлагаемый способ изготовления холодного МДМ-катода осуществляется следующим образом. На гладком нижнем металлическом электроде выращивается регулярная наноострийная структура путем электрохимического высаживания металла в электролитической ячейке через специальный шаблон. В качестве шаблона используется полимерная пленка, которая подвергается облучению ионами аргона, что приводит к образованию несквозных латентных треков. При воздействии на пленку специальными химическими реагентами в области треков происходит травление пленки. В результате образуются сквозные поры с диаметром 300-450 нм и плотностью порядка 10⁸см^-2.

Перед выращиванием острий подложка выдерживается в серной кислоте 2-3 сек. Для высаживания металла подложка закрепляется в электролитической ячейке (Фиг.1). Плотный прижим шаблона осуществляется с помощью пористого фетра. Металл высаживается на подложку через поры шаблона путем пропускания электролита вдоль поверхности подложки с закрепленным шаблоном. Электрохимическое осаждение металла проводится при напряжении не более 1 В. Контроль высоты острий осуществляется прошедшим зарядом при контроле тока и времени высаживания. После осаждения подложка выдерживается в растворе щелочи для удаления шаблона. На Фиг.2 представлено изображение наноострийной поверхности, полученное в электронном микроскопе. Наноострия представляют собой столбики диаметром 300-450 нм с плотностью порядка 10⁸ см^-2. Диаметр и плотность острий определяется параметрами шаблона.

На подложку с регулярными наноостриями с помощью ионно-плазменного метода напыления наносится пленка рабочего диэлектрика толщиной 80 нм. Верхний электрод получается термическим испарением алюминия в вакууме толщиной 30 нм.

Изготовленный по предложенному способу МДМ-катод подвергался процессу формовки и показал равномерное распределение эмиссионных центров, которое соответствовало сформированному наноострийному рельефу. При этом плотность тока эмиссии МДМ-катода с наноострийным нижним электродом была на порядок выше, чем для МДМ-катодов с гладким нижним электродом.

Источники информации

1. Усов С.П., Сахаров Ю.В., Троян П.Е. МДМ-катод. RU 107399 U1, МПК H01J 9/02.

Способ изготовления МДМ-катода, включающий в себя нанесение на подложку нижнего электрода, диэлектрика, верхнего электрода и формовку структуры, отличающийся тем, что с целью повышения плотности тока эмиссии и равномерности ее по поверхности на нижнем электроде формируется регулярная наноострийная структура в виде столбиков с плотностью 5·10см путем электрохимического осаждения металла через шаблон из полимерной пленки со сквозными порами.