Матричный автоэмиссионный катод

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Мухуров Николай Иванович Жданок Сергей Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Матричный автоэмиссионный катод, содержащий массив сквозных периодических металлизированных нанопор, проходящих в толще диэлектрической пластины перпендикулярно ее поверхностям, и жгуты, образующие периодическую решетку, резистивный слой на неэмиттирующей стороне пластины и поверх него проводящий слой, пленочный управляющий сеточный электрод на эмиттирующей стороне пластины, отличающийся тем, что жгут выполнен в виде набора углеродных нанотрубок в торце каждой металлизированной нанопоры на эмиттирующей стороне пластины, а резистивный слой выполнен из алмазоподобного наноматериала с высоким удельным сопротивлением к каждой металлизированной нанопоре. 8348 1 2006.08.30 Изобретение относится к области вакуумной микроэлектроники и может быть использовано, например, в вакуумных устройствах микродиодах, микротриодах, микродисплеях и т.п. Известна матрица автоэмиссионных катодов с подложкой из нанопористого анодного оксида алюминия (АОА) 1. Нанопоры в матрице АОА заполнены никелем на определенную высоту. Эмиттирующие и управляющие структуры формируются в результате напыления молибдена под углом к вращающейся подложке аналогично спиндовской технологии. Вакуумный плоский дисплей формируется по стандартной технологии. Данный автоэмиссионный катод имеет низкую эффективность из-за недостаточной изоляции межэлектродных промежутков между катодами и сетками, которая снижается в результате подпыления стенок нанопор при формировании тонкопленочных электродов. Наиболее близким по технической сущности является матричный автоэмиссионный катод 2. Матрица автоэмиссионного катода из пористого АОА имеет отдельные локальные сформированные в виде периодической решетки области с металлизированными порами, торцы металлизации являются эмиттирующими остриями, на обратной стороне подложки выполнены резистивный и проводящий слои, а в совокупности это позволяет снизить рабочее напряжение и повысить плотности тока эмиссии и ее однородность. Однако, при этом не достигаются достаточно высокая степень интеграции, однородность и плотность эмиссии, т.е. данный автоэмиссионный катод имеет низкую эффективность. Технической задачей изобретения является повышение эффективности за счет увеличения степени интеграции, однородности и плотности эмиссии. Решение технической задачи достигается тем, что в матричном автоэмиссионном катоде, содержащем массив сквозных периодических металлизированных нанопор, проходящих в толще диэлектрической пластины перпендикулярно ее поверхностям, и жгуты,образующие периодическую решетку, резистивный слой на неэмиттирующей стороне пластины и поверх него проводящий слой, пленочный управляющий сеточный электрод на эмиттирующей стороне пластины, жгут выполнен в виде набора углеродных нанотрубок в торце каждой металлизированной нанопоры на эмиттирующей стороне пластины, а резистивный слой выполнен из алмазоподобного наноматериала с высоким удельным сопротивлением к каждой металлизированной нанопоре. Совокупность указанных признаков обеспечивает повышение эффективности за счет увеличения на несколько порядков степени интеграции, однородности и плотности эмиссии. Сущность изобретения поясняется фигурой. На фигуре представлено поперечное сечение матричного автоэмиссионного катода, на котором 1 - диэлектрическая пластина,2 - металлизированная нанопора,3 - резистивный слой,4 - проводящий слой,5 - углеродные нанотрубки,6 - жгут,7 - пленочный управляющий (сеточный) электрод. Матричный автоэмиссионный катод содержит диэлектрическую пластину 1 с массивом периодических сквозных металлизированных нанопор 2 с осажденным металлом,проходящих в толще диэлектрической пластины 1 от одной ее поверхности до другой перпендикулярно им. На неэмиттирующей стороне диэлектрической пластины 1 к каждой из металлизированных нанопор 2 сформирован резистивный слой 3 и поверх них проводящий слой 4. На эмиттирующей стороне диэлектрической пластины 1 выполнена эмиттрирующая часть матрицы автоэмиссионного катода в виде углеродных нанотрубок 5,сгруппированных в жгуты 6 к каждому из торцов металлизированных нанопор 2, образующих периодическую решетку, и пленочный управляющий (сеточный) электрод 7. 2 8348 1 2006.08.30 Диэлектрическая пластина 1 может быть выполнена из нанопористого АОА, который обладает высокими электромеханическими свойствами, а технология получения деталей,основанная на интегральных методах формирования контуров и полостей с микронной точностью, обеспечивает прецизионность геометрии диэлектрических элементов. Металлизированные нанопоры 2 получаются при катодном осаждении никеля или других вентильных металлов в сквозные нанопоры. Слои никеля в нанопорах после осаждения до границы поверхностей вытравливаются с обеих сторон пластины таким образом, чтобы образовывались углубления в нанопорах размерами 1 мкм. Резистивный слой 3 выполнен из тонкого алмазоподобного наноматериала, содержащего наряду с чистым углеродом и его модификацию - алмаз в соотношении, обеспечивающем высокое удельное сопротивление, путем осаждения на торцы металлизированных нанопор 2 на неэмиттирующей стороне до выхода на поверхность диэлектрической пластины 1. Пленочный управляющий (сеточный) электрод 7 формируется на эмиттирующей стороне диэлектрической пластины 1 при напылении под углом металлического слоя с низким электрическим сопротивлением. Эмиттирующая часть матрицы автоэмиссионного катода в виде углеродных нанотрубок 5 выполнена плазмохимическим осаждением из газовой фазы при низком давлении и относительно небольших температурах порядка 500-700 С на малых по размерам частицах катализатора, которыми являются торцы металлизированных нанопор 2 на эмиттирующей стороне диэлектрической пластины 1. Проводящий слой 4 на эмиттирующей стороне диэлектрической пластины 1 выполнен путем напыления через маски металлических слоев с низким удельным электрическим сопротивлением. Матричный автоэмиссионный катод работает следующим образом. При приложении разности потенциалов между проводящим слоем 4 и анодом, в качестве которого может быть любая проводящая пластина или экран дисплея (в зависимости от конструкции вакуумного микроприбора), по достижении необходимой напряженности электрического поля с углеродных нанотрубок 5 возникает автоэмиссия электронов, а в цепи катод-анод фиксируется автоэмиссионный ток. Управление током осуществляется при подаче разности потенциалов между пленочным управляющим (сеточным) электродом 7 и проводящим слоем 4. Источники информации 1. , , . , .//. 2000. .21. - . 99-104. 2. Патент 2187860 , МПК 701 1/30,01 19/24. Автоэмиссионный катод и электронный прибор на его основе (варианты)/Галдецкий А.В., Мухуров Н.И. 2002.08.20. Приоритет 1997.07.01. - . 10 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3