Патент на изобретение №2222072

(54) УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к вакуумной электронике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП). Техническим результатом является повышение коэффициента усиления ЭОП. Изобретение представляет усилитель электронного потока, выполненный в виде пленки из широкозонного полупроводника с отрицательной или небольшой работой выхода для электронов. Для увеличения коэффициента усиления при сохранении разрешающей способности лин/мм в пленке выполнены сквозные отверстия таким образом, что для любой точки поверхности пленки существует отрезок длины 1/, содержащий эту точку и пересекающий хотя бы два отверстия, расположенные по разные стороны от этой точки. Поверхность пленки, на которую падает первичный пучок электронов, может содержать в любой окружности диаметром 1/ участок из алмаза или нитрида галлия. Для понижения работы выхода эта поверхность покрывается несколькими моноатомными слоями Cs. Усилитель располагается в электрическом тянущем поле, силовые линии которого направлены таким образом, что вторичные электроны, выходящие из поверхности, на которую падает первичный поток, проходят через отверстия на противоположную сторону пленки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вакуумной электронике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП).

Известны микроканальные пластины приборов ночного видения Дедал-200 [1] и Даркос NGB/1 [2], используемые в качестве усилителей электронного потока в ЭОП, обеспечивающие разрешающую способность 25-45 лин/мм.

Усилители электронного потока (УЭП) [3] представляют собой микроканальную пластину (МКП) со сквозными микроканалами, в которых падающий электронный поток под действием поля рождает вторичные электроны, дающую возможность довести разрешающую способность при существующей технологии до 64 лин/мм.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является усилитель электронного потока [4], выполненный на алмазной пленке. Усилитель электронного потока представляет алмазную пленку 1 толщиной 6 мкм (см. фиг.1). Первичные электроны 2, попадая в пленку, рождают вторичные электроны, которые под действием приложенного поля или диффузии выходят с противоположной стороны пленки 3.

Реальные алмазные пленки дают коэффициент усиления не более 20 при энергии первичных электронов 20-30 кэВ [5], хотя теоретические расчеты показывают возможность получения усиления более 100. В то же время коэффициент усиления ~100 легко достигается уже при энергиях 2-3 кэВ, если используются вторичные электроны, выходящие через поверхность пленки, на которую падают электроны [6].

Однако использовать в ЭОП-ах этот эффект непосредственно не удается из-за трудности переноса распределения плотности вторичных электронов на поверхности пленки в световую картинку на экране ЭОП-а. Решить проблему можно, если перевести вторичные электроны с плоскости, на которую падают первичные электроны, на противоположную сторону без существенной потери разрешающей способности. Получить разрешающую способность лин/мм можно, если в алмазной пленке организовать отверстия таким образом, что для любой точки поверхности пленки существует отрезок длины 1/, содержащий эту точку и пересекающий хотя бы два отверстия, расположенные по разные стороны от точки.

На фиг. 2 изображена конструкция усилителя электронного потока, где
1 – кремниевая пластина КЭФ 4.5;
2 – алмазная пленка р-типа толщиной несколько микрон;
3 – напыленный Cs толщиной в несколько атомарных слоев;
4 – омические контакты к кремнию;
5 – отверстия в алмазной пленке размером несколько микрон;
6 – отверстия в кремнии диаметром 80 мм.

На фиг.3 изображен процесс дрейфа электронов с одной стороны поверхности пленки через отверстия на другую сторону, где
1 – алмазная пленка;
2 – первичный электронный пучок;
3 – область рассеивания вторичных электронов;
4 – напыленный слой Cs;
5 – эквипотенциальные линии поля;
6 – экран;
7 – отверстия в пленке.

Конструкция усилителя электронного потока представлена на фиг. 2. На кремниевой пластине 1 находится с одной стороны алмазная пленка 2, а с другой – омический контакт 4. В центре пластины кремния находится отверстие 6, закрытое алмазной пленкой 2, покрытой слоем Cs 3. В пленке находятся правильно расположенные отверстия 5 размером в несколько микрон, и центры соседних отверстий находятся на расстоянии нескольких микрон друг от друга.

Усилитель изготавливается следующим образом. В плазме на кремниевой пластине 1 формируется алмазная пленка р-типа в виде решетки. С обратной стороны кремниевой пластины наносится металл, образующий омический контакт 4 к кремнию. Затем кремниевая пластина травится со стороны контакта 4 через маску диаметром 80 мм до алмазной пленки. С помощью распыления Cs в вакууме на лицевую поверхность алмазной пленки наносится слой 4 в несколько атомарных слоев.

Принцип действия усилителя, на примере использования в ЭОП-е, состоит в следующем (см. фиг.3). При падении на алмазную пленку 1 тонкого электронного луча 2 электроны этого луча начинают неупруго рассеиваться, порождая вторичные электроны [6] . Электроны эмиттируются с поверхности пленки, на которую падает первичный электронный луч. Ускоряющее электрическое поле 5, приложенное между пленкой 1 и экраном 6, проникает через отверстия 7 на сторону пленки, с которой выходят вторичные электроны, и через отверстия, расположенные ближе всего к электронному лучу 2, вытягивает вторичные электроны на сторону пленки, обращенную к экрану. Проведенные эксперименты показывают, что таким образом удается перевести с одной стороны пленки на другую до 80% всех вторичных электронов. Поскольку область распределения вторичных электронов, вызванных первичным пучком 2, определяется ближайшими отверстиями, то она составит несколько микрон, что в конечном итоге даст разрешающую способность более 100 лин/мм, а поскольку алмазная пленка, покрытая слоем Cs, при энергии первичных электронов 2-3 кэВ дает усиление 120 [6] , то при данной конструкции усилителя и начальной энергии электронов в 2-3 кэВ получается усиление 90-100.

Источники информации

3. Берковский А.Г. Электронные умножители. “Электроника и ее применение” (итоги науки и техники), 1973, т.5, с.43-85.

4. Patent US 5986387.

5. Int. Vacuum Electr. Soc. Confer., USA, Orlando, 2000, 10-13 July, p. p.38-39.

6. J. E. Yater, A.Shih, and R. Abraws. Electron transport and emission properties of diamond, J. Vac. Sci. Technol. A 16(3), May/Jun 1998, pp. 913-918.

Формула изобретения

1. Усилитель электронного потока для электронно-оптического преобразователя, представляющий собой пленку из проводящего материала, на одну поверхность которой падает первичный поток электронов с двумерным пространственным распределением, а с другой стороны выходит поток с числом электронов в n раз больше, сохраняющий это пространственное распределение, отличающийся тем, что пленка имеет такие сквозные отверстия, что для любой точки поверхности существует отрезок длины 1/, содержащий эту точку и пересекающий хотя бы два отверстия, расположенные по разные стороны от этой точки, где – разрешающая способность электронно-оптического преобразователя.

2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что поверхность, на которую падает первичный пучок, покрыта дополнительным слоем вещества, снижающего работу выхода, в т.ч. цезием.

3. Усилитель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что он расположен в электрическом поле, направленном таким образом, что вторичные электроны с поверхности, на которую падает первичный поток, переводятся на другую сторону пленки.

РИСУНКИ