RU2040821C1

RU2040821C1 - M-type microwave device

Info

Publication number: RU2040821C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Махов; Б.В. Бондаренко; М.Ф. Копылов
Original assignee: Махов Владимир Ильич
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: device has pivot 1 mounting secondary electron emitters 2 with autoelectron emitters 3 placed inbetween and protected by means of insulating film 4 made of dielectric materials, such as borides, nitrides, oxides doped with alkali or alkali-earth materials. Pivot 1 is placed in cylindrical anode 5 in a spaced relation. EFFECT: reduced warm-up period. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в СВЧ-приборах М-типа с малым временем готовности. The invention relates to electronic equipment and can be used in microwave devices M-type with a small availability time.

Известен СВЧ-прибор М-типа, содержащий анод и катод с вторично-электронными и автоэлектронными эмиттерами, выполненными из покрытий на керне катода, обеспечивающих первичную и вторичную эмиссию (1). Однако напряженность электрического поля этого прибора недостаточна для автоэлектронной эмиссии, необходимой для его запуска. При использовании в качестве источника первичной эмиссии выступающих элементов их форма за счет ионной бомбардировки боковой поверхности будет меняться и срок службы прибора уменьшается. A known M-type microwave device containing an anode and a cathode with secondary-electron and field-emitter emitters made of coatings on the cathode core, providing primary and secondary emission (1). However, the electric field strength of this device is insufficient for field emission necessary to start it. When using protruding elements as the source of primary emission, their shape due to ion bombardment of the side surface will change and the service life of the device decreases.

Целью изобретения является повышение срока службы. The aim of the invention is to increase the service life.

Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-приборе М-типа, содержащем анод и катод с элементами, обеспечивающими первичную и вторичную эмиссию, размещенными на керне, элементы, обеспечивающие первичную эмиссию, выполнены в виде автоэлектронных эмиттеров из шайб, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси катода и имеющих кольцевой участок проводящей пленки, выступающий над поверхностью элемента, обеспечивающего вторичную эмиссию на высоту, равную 5-20% межэлектродного зазора, причем автоэлектронные эмиттеры окружены с боковых сторон диэлектической пленкой с зазором, равным радиусу торца проводящей пленки. This goal is achieved by the fact that in the M-type microwave device containing the anode and cathode with elements providing primary and secondary emission placed on the core, the elements providing primary emission are made in the form of field-emission emitters from washers located in a plane perpendicular the axis of the cathode and having an annular portion of the conductive film protruding above the surface of the element, providing secondary emission to a height equal to 5-20% of the interelectrode gap, and the field emitters are surrounded from the side a dielectric film with a gap equal to the radius of the end face of the conductive film.

Диэлектрическая пленка может быть выполнена гофрированной и выступать над проводящей пленкой автоэлектронного эмиттера на величину радиуса торца проводящей пленки. В качестве материала диэлектрической пленки использован один из группы, включающий бориды, нитриды, оксиды стехиометрического состава. Материал диэлектрической пленки может быть легирован щелочными, щелочноземельными или редкоземельными металлами. The dielectric film can be corrugated and protrude above the conductive film of the field emitter by the radius of the end face of the conductive film. As the material of the dielectric film, one of the group is used, including borides, nitrides, oxides of stoichiometric composition. The material of the dielectric film can be doped with alkali, alkaline earth or rare earth metals.

Диэлектрическая пленка защищает боковую поверхность автоэлектронного эмиттера не только механически, но и электрически: при попадании на нее положительных ионов заряжается одноименным потенциалом, который создает поле, отталкивающее подлетающие ионы. Диэлектрическая пленка может отстоять от боковой поверхности эмиттера на расстояние, равное радиусу торца проводящей пленки. Расчеты показывают, что это обеспечивает дополнительное увеличение сопротивления стоку зарядов ионов при полной защите боковой поверхности эмиттера от прямого попадания ионов остаточных газов. При зазоре большем радиуса торца проводящей пленки, появляется вероятность бомбардировки его боковой поверхности. При зазоре, меньшем радиуса, наступает полная геометрическая и электрическая экранировка поверхности эмиттера за счет диэлектрической пленки. The dielectric film protects the side surface of the field emitter not only mechanically, but also electrically: when positive ions hit it, it is charged with the same potential, which creates a field that repels incoming ions. The dielectric film can be separated from the side surface of the emitter by a distance equal to the radius of the end face of the conductive film. Calculations show that this provides an additional increase in the resistance to the drain of ion charges with full protection of the side surface of the emitter from direct ingress of residual gas ions. With a gap greater than the radius of the end face of the conductive film, there is a chance of bombardment of its side surface. With a gap smaller than the radius, a complete geometric and electrical screening of the emitter surface occurs due to the dielectric film.

Увеличения сопротивления можно достичь, увеличив путь стока зарядов ионов путем гофрирования диэлектрической пленки. Расчеты, выполненные с помощью математического моделирования, показывают, что поток ионов на автоэлектронный эмиттер можно полностью исключить, если диэлектрические пленки будут выступать над поверхностью проводящей пленки на величину, равную радиусу ее торца. Увеличение выступающей части диэлектрической пленки на величину, большую радиуса торца проводящей пленки, приводит к снижению напряженности поля и тока на эмиттере. An increase in resistance can be achieved by increasing the path of the drain of ion charges by corrugating the dielectric film. Calculations performed using mathematical modeling show that the ion flux to the field emitter can be completely eliminated if the dielectric films protrude above the surface of the conducting film by an amount equal to the radius of its end face. An increase in the protruding part of the dielectric film by an amount greater than the radius of the end face of the conductive film leads to a decrease in the field strength and current on the emitter.

В качестве материала для диэлектрических пленок могут служить стехиометрически чистые Si₃N₄, SiO₂, BN, AlN, Al₂O₃, либо с добавками из Ва, К, Сs, Li, Na, которые увеличивают коэффициент вторичной эмиссии и, следовательно, наведенный положительный заряд, который обеспечивает дополнительное снижение ионной бомбардировки.The material for dielectric films can be stoichiometrically pure Si ₃ N ₄ , SiO ₂ , BN, AlN, Al ₂ O ₃ , or with additives from Ba, K, Cs, Li, Na, which increase the secondary emission coefficient and, therefore, induced positive charge, which provides an additional reduction in ion bombardment.

На фиг. 1 представлен предлагаемый СВЧ-прибор М-типа, разрез; на фиг. 2-5 варианты выполнения автоэлектронного эмиттера. In FIG. 1 shows the proposed M-type microwave device, section; in FIG. 2-5 embodiments of the field emission emitter.

На направляющем керне 1 размещены элементы с вторичной электронной эмиссией (вторично электронные эмиттеры 2), в качестве которых могут служить импрегнированные материалы на основе вольфрама с добавками бария, либо сплавы и соединения на основе металлов платиновой группы (платина, палладий, иридий, осмий), которые имеют присадки одного из материалов щелочноземельных, щелочных или редкоземельных (Ba, Ir, Ca, La) элементов. Между эмиттерами 2 расположены на керне автоэлектронные эмиттеры 3, выступающие над ними на 5-20% межэлектродного зазора, выполненные в виде шайбы, состоящей из проводящей пленки и окружающей ее с боковых сторон диэлектрической пленки 4, например, нанесенной на проводящую пленку (фиг. 2). Пленка 4 может быть выполнена из диэлектриков типа боридов, нитридов, оксидов (Si₃N₄, SiO₂, BN, AlN, Al₂O₃) либо из диэлектриков с добавками щелочных и щелочноземельных материалов (Ba, K, Cs, Li, Na). Керн 1 с вторично- и автоэлектронными эмиттерами расположен в цилиндрическом аноде 5 с рабочим зазором, причем в области выступающей части автоэлектронного эмиттера диэлектрическая пленка 4 может отстоять от боковой поверхности эмиттера на расстоянии радиуса эмиттирующего торца проводящей пленки (фиг. 3). Пленка 4 может быть выполнена гофрированной (фиг. 4). Пленка 4 может выступать над поверхностью автоэлектронного эмиттера (фиг. 5).Elements with secondary electron emission (secondary electronic emitters 2) are placed on the guide core 1, which can be impregnated materials based on tungsten with barium additives, or alloys and compounds based on platinum group metals (platinum, palladium, iridium, osmium), which have additives of one of the materials of alkaline earth, alkaline or rare earth (Ba, Ir, Ca, La) elements. Autoelectronic emitters 3 located on the core between the emitters 2, protruding over them by 5-20% of the interelectrode gap, made in the form of a washer consisting of a conductive film and a dielectric film 4 surrounding it from the sides, for example, deposited on a conductive film (Fig. 2 ) Film 4 can be made of dielectrics such as borides, nitrides, oxides (Si ₃ N ₄ , SiO ₂ , BN, AlN, Al ₂ O ₃ ) or from dielectrics with the addition of alkaline and alkaline earth materials (Ba, K, Cs, Li, Na ) A core 1 with secondary and auto-electronic emitters is located in a cylindrical anode 5 with a working gap, and in the region of the protruding part of the auto-electronic emitter, the dielectric film 4 can be separated from the side surface of the emitter by the radius of the emitting end of the conductive film (Fig. 3). The film 4 can be made corrugated (Fig. 4). The film 4 may protrude above the surface of the field emitter (Fig. 5).

Количество запускающих автоэлектронных эмиттеров в приборе определяется величиной требуемого пускового тока, т.е. параметрами прибора. Автоэлектронная эмиссия обеспечивается постоянным полем, создаваемым анодом вблизи катода. В пространстве между катодом и анодом образуются ионы за счет сталкивания электронов с атомами остаточных газов. Положительно заряженные ионы, ускоряясь к автоэлектронному эмиттеру по силовым эквипотенциальным линиям, стремятся к боковым поверхностям автоэлектронного эмиттера, бомбардируя тем самым диэлектрические защитные пленки. После попадания ионов на диэлектрическую пленку на ее поверхности образуется заряд, равный потенциалу падающих ионов. Поскольку образованный заряд имеет одноименный потенциал с потенциалом падающих ионов, он искривляет траекторию ионов, отталкивая их от поверхности автоэлектронного эмиттера. The number of triggering field emitters in the device is determined by the value of the required starting current, i.e. device parameters. Autoelectronic emission is provided by a constant field created by the anode near the cathode. In the space between the cathode and anode, ions are formed due to the collision of electrons with atoms of residual gases. The positively charged ions, accelerating toward the field emitter along equipotential lines of force, tend to the side surfaces of the field emitter, thereby bombarding the dielectric protective films. After ions hit the dielectric film, a charge is formed on its surface equal to the potential of the incident ions. Since the formed charge has the same potential with the potential of incident ions, it bends the trajectory of the ions, pushing them away from the surface of the field-emitter.

Основным преимуществом данного прибора является увеличенный срок службы катода. The main advantage of this device is the increased cathode life.

Claims

1. Microwave instrument M-TYPE, containing the anode and cathode with elements that provide primary and secondary emissions and located on the core, characterized in that in order to increase the service life, elements that provide primary emission are made in the form of field-emission emitters from washers, located in a plane perpendicular to the axis of the cathode, and having an annular portion of the conductive film protruding above the surface of the elements providing secondary emission, to a height of 5 to 20% of the interelectronic gap, and the field emission emitters the sides are insulated with a dielectric film with a gap by the value of the radius of the end face of the conductive film.

2. The device according to p. 1, characterized in that the dielectric film is corrugated.

3. The device according to claim 1, characterized in that the dielectric film protrudes above the conductive film of the field emitter by the radius of the end face of the conductive film.

4. The device according to p. 1, characterized in that the material of the dielectric film used one of the group including borides, nitrides, oxides of stoichiometric composition.

5. The device according to p. 1, characterized in that the material of the dielectric film is doped with alkali, alkaline earth or rare earth metals.