Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією

Спосіб виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією, що складається з електрохімічного травлення вістря із 39823 Формування відбувається в умовах високого або надвисокого вакууму і контролюється за допомогою польового емісійного мікроскопа. Цей спосіб дозволяє виготовити автоемітер з більш високою локалізацією емісії, ніж спосіб [2]: ефективним джерелом є група із декількох атомів на плоскій кристалографічній грані; у порівнянні із способом [3] відтворність виготовлення автоемітера у способі [4] вище. Недолік способу [4] пов'язаний з неможливістю одночасного досягнення високої відтворності і продуктивності тому, що висока відтворність геометричних параметрів автоемітера забезпечується тільки в умовах надвисокого вакуум у (тиск нижчий 10-7 Па), що обумовлює низьку продуктивність. Продуктивність способу обмежується часом, необхідним для забезпечення надвисокого вакууму у процесі термообробки. При проведенні термопольової обробки у технічному вакуумі (тиск вище 10-5 Па) атоми залишкових газів неконтрольовано впливають на протікання поверхневих дифузійних процесів і формування мікровиступу, що обумовлює низьку відтворність конфігурації робочої частини автоемітера. В основу винаходу поставлена задача у способі виготовлення вістряного автоемітера з локалізованою емісією, шляхом створення мікровиступу з визначеною геометрією, підвищити відтворність конфігурації робочої частини автоемітера і добитися збільшення продуктивності способу. Поставлена задача вирішується у способі, який складається з електрохімічного травлення вістря із вольфрамового дроту з осьовою текстурою, формування атомно-гладкої поверхні вершини вістря, створення в атмосфері неону на вершині вістря мікровиступу шля хом подання на вістря потенціалу і випарування мікровиступу в електричному полі до отримання на вершині вістря емітуючого комплексу. Згідно з винаходом мікровиступ створюють при потенціалі на вістрі, який забезпечує щільність струму автоелектронів 2×1010 - 5×1011 А/м 2 протягом часу t = k/(JP), де J щільність струму електронів у початковий момент створення мікровиступу; Р - тиск пари неону; k коефіцієнт пропорційності, який дорівнює (2.2 3.0)1011 ПаА/м 2. Суть винаходу пояснюється так. Підчас розробки цього винаходу було встановлено, що при бомбардуванні іонами неону автоемітера, який працює у автоелектронному режимі, залежність від щільності струму J величини l/J(dJ/dt), де t - час опромінення, має немонотонний характер. Відносна швидкість зміни величини струму має максимум, висота якого зростає із збільшенням тиску неону, проте положення максимума відносно щільності елекричного струму залишається практично незмінним від зразка до зразка і знаходиться в інтервалі 5×1010 - 1011 А/м 2. Якщо замінити неон іншими газами, такими як гелій, водень або аргон, зміни струму і мікрогеометрії поверхні автоемітера мали невідтворний характер. Використання пари неону забезпечує підвищення відтворності і продуктивності способу. Встановлено, що радіаційно-стимулююче загострення автоемітера супроводжується зміною конфігурації його вершини. Аналіз еволюції топографії поверхні, яка спостерігається при пошаровому випаруванні зразків, показує, що в процесі бомбардування робоча (напівсферична) частина автоемітерів трансформується в осесиметричну поверхню, яка становить собою параболоїд, сполучений з напівсферою радіусом, що залежить від часу обробки, та є суттєво менший головного радіусу кривини біля вершини параболоїду. Наявність осьової текстури забезпечує можливість створення мікровиступу безпосередньо у центрі вістря. Відсутність осьової текстури дроту веде до виникнення мікровиступу поза віссю вістря, що знижує відтворність електроннооптичних характеристик. Суттєво, що реалізація цього способу, відповідно з винаходом (Ж. І. Дранова, І. М. Ми хайловський і В. Б. Кулько, AC CPCP № 358737, 1972, Н 01 J 1/30) [5], не потребує створення умови надвисокого вакууму. Це визначає високу продуктивність пропонованого способу. Іонне бомбардування автоемітера при потенціалі на вістрі, який забезпечує щільність струму автоелектронів, що дорівнює (2×1010 5×1011) А/м 2, протягом часу t = k/(JP), веде до створення мікровиступу, необхідного для локалізації емісії, при високому рівні продуктивності і відтворності. Випарування мікровиступу в електричному полі до отримання на вершині вістря емітуючого комплексу забезпечує досягнення атомно-гладкої поверхні, що дозволяє підвищити відтворність. Таким чином, запропонований спосіб, як і спосіб,обраний як прототип, дозволяє виготовляти автоемітер з контрольованою локалізацією емісії і розташуванням робочої ділянки на оптичній осі. Поряд з цим запропонований спосіб характеризується високою відтворністю та продуктивністю. На фіг. 1 наведена залежність швидкості зміни емісійного струму під дією бомбардування іонами неону від щільності струму; на фіг. 2 - іонномікроскопічне зображення робочої частини автоемітера безпосередньо після радіаційностимульованого формування поверхні; на фіг. 3 зображення того ж зразка, що і на фіг. 2, після видалення напівсферичного мікровиступу. Приклад. Вольфрамові вістряні автоемітери виготовляли електрохімічним травленням дроту з осьовою текстурою [110] в однонормальному розчині їдкого ватру. Формування атомно-гладкої поверхні вершини вістря, створення в атмосфері пари неону на вершині вістря мікровиступу і випарування мікровиступу в електричному полі проводили за допомогою польового емісійного мікроскопа, який працював в електронному і іонному режимах. Як зображуючий газ використовували гелій при тиску 10-2 – 10-3 Па. При роботі в автоелектронному режимі гелій відкачували до рівня 10-6 – 10-7 Па і в робочу камеру напускали неон. Опромінення здійснювали іонами неону, які утворювались при поданні на вістряний зразок негативного потенціалу. При цьому густина струму автоелектронів складала 2×1010 - 5×1011 А/м 2. У процесі бомбардування відбувалось формування мікровиступу, розмір якого контролювали за допомогою іонного 2 39823 мікроскопа. Час, необхідний для формування мікровиступу, складав t = k/(JP). Коефіцієнт k дорівнював (2.2 - 3.0)×1011 ПаА/м 2. На фіг. 1 приведена типова залежність l/J(dJ/dt) від щільності електронного струму J при тиску неону 4×103 Па. Залежність побудована на базі часової характеристики струму з ви хідним радіусом кривини вістряного автоемітера 60 нм при напрузі на вістрі 1800 В. Аналіз зміни мікротопографії поверхні, яка спостерігалась при випаруванні вістряних автоемітерів (фіг. 2 і 3), показав, що в процесі бомбардування формується робоча частина автоемітерів у вигляді параболоїда, сполученого з напівсферичним мікровиступом. У всіх випадках центр напівсфери, яка сформована у процесі іонного бомбардування, розташовувалася на кристалографічній осі [110], яка співпадала з геометричною віссю автоемітера. На стадії формування іонним бомбардуванням на порядок підвищилась локальність емісії. Загальний час отримання вістряного автоемітера запропонованим способом складає (0.2 - 0.3) години. При використанні способу виготовлення автоемітера з локалізованою емісією за допомогою іонного травлення [3] середній час, необхідний для виготовлення автоемітера з розмірами емітуючого комплексу, близькими до моноатомного, становить 10 годин. Фіг. 1 Фіг. 2 3 39823 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4