усилитель электронного потока

Классы МПК:H01J43/04 электронные умножители 
H01J31/50 электронно-оптические преобразователи или видеоусилители, те приборы с оптическим, рентгеновским и тому подобным входом и оптическим выходом 
H03F17/00 Усилители, имеющие электролюминесцентный элемент и/или фотоэлемент
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина
Приоритеты:
подача заявки:
2000-06-15
публикация патента:

Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП). Изобретение представляет усилитель электронного потока, выполненный в виде твердотельной пластины, на одну из сторон которой падает входной поток электронов, а с противоположной стороны происходит эмиссия вторичных, электронов, отличающийся от аналогов тем, что с целью увеличения разрешающей способности усилитель электронного потока, патент № 2221309, измеряемой в лин/мм, активная область усилителя выполнена в виде полупроводникового материала и имеет толщину h, не превышающую 1/усилитель электронного потока, патент № 2221309. Активная область усилителя может быть выполнена из алмазной пленки или материала группы А3В5. С целью увеличения потока вторичных электронов на поверхность, из которой эмиттируются вторичные электроны, наносятся дополнительные слои металлов с малой работой выхода или их оксиды. Для увеличения механической прочности рабочая зона усилителя выполняется в виде совокупности не соприкасающихся друг с другом активных областей, плотность которых усилитель электронного потока, патент № 2221309, отнесенная к 1 мм2, связана с разрешающей способностью соотношением усилитель электронного потока, патент № 2221309, или совокупности активных областей, обладающих такой конфигурацией, что всегда можно на рабочую зону наложить трафарет с круглыми отверстиями, плотность которых усилитель электронного потока, патент № 2221309 удовлетворяет соотношению усилитель электронного потока, патент № 2221309, так что под каждым отверстием в рабочей зоне будет находиться активная область. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Формула изобретения

1. Усилитель электронного потока, используемый в электронно-оптических преобразователях, выполненный в виде твердотельной пластины, активная область которой представляет ту часть пластины, на которую с одной стороны падает входной поток электронов, а с противоположной стороны происходит эмиссия вторичных электронов, отличающийся тем, что активная область выполнена в виде полупроводникового материала и имеет толщину h, не превышающую 1/усилитель электронного потока, патент № 2221309, где усилитель электронного потока, патент № 2221309 - разрешающая способность усилителя.

2. Усилитель электронного потока по п.1, отличающийся тем, что активная область выполнена из алмазной пленки.

3. Усилитель электронного потока по п.1, отличающийся тем, активная область выполнена из материала группы А3B5.

Описание изобретения к патенту

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

Известны микроканальные пластины приборов ночного видения Дедал-200 [1], Даркос NGB/1 [2], 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 в ЭОП-ах третьего поколения OMN1 III и OMN1 IV [4], обеспечивающих разрешающую способность 53-64 лин/мм, который включает микроканальную пластину 1 (см. фиг. 1), в которой сформированы сквозные микроканалы 2, наклоненные к поверхности пластины под углом 80-85o. Первичные электроны 3, попадая в микроканалы, за счет соударений со стенками каналов рождают вторичные электроны, которые под действием приложенного поля выходят с противоположной стороны пластины. Из рассмотрения принципа действия такого усилителя непосредственно следует, что разрешающая способность такого усилителя всегда будет меньше, чем Sinусилитель электронного потока, патент № 2221309/d, где d - диаметр микроканала. Существующая технология позволила довести диаметр каналов в изделиях OMN1 IV до 6 мкм. Это повысило разрешающую способность до 53-64 лин/мм. Невозможность получить при существующей технологии размер каналов менее 6 мкм заставляет производителей ЭОП искать другие пути увеличения разрешающей способности, так как для целого ряда приложений необходимо получить разрешающую способность в пределах площади 80 мм2 не хуже чем 100 лин/мм.

Цель получения разрешающей способности не хуже усилитель электронного потока, патент № 2221309 лин/мм на площади 100 мм2 достигается тем, что активная область усилителя выполнена в виде полупроводникового материала с толщиной h, не превышающей 1/усилитель электронного потока, патент № 2221309 лин/мм.

Если h=1/усилитель электронного потока, патент № 2221309 и энергия падающего электрона Ее такова, что электрон не проходит сквозь пластину, а отдает свою энергию на рождение в зоне проводимости полупроводника вторичных электронов в количестве порядка усилитель электронного потока, патент № 2221309, где усилитель электронного потока, патент № 2221309 - средняя энергия ионизации электрона в полупроводнике, то рожденные электроны будут сосредоточены в области, размеры которой не превышают 1/усилитель электронного потока, патент № 2221309.

Преодолевая поверхностный барьер путем туннелирования или путем получения тепловой энергии, вторичные электроны выходят с пластины в основном в пределах круга диаметром 1/усилитель электронного потока, патент № 2221309, чем и достигается необходимое разрешение. Количество эмиттируемых вторичных электронов существенно зависит от поверхностного барьера, который для алмазной пленки и пленки из GaAs существенно понижается напылением нескольких атомарных слоев Cs.

Поскольку разрешающая способность обратно пропорциональна толщине активной части пластины, а при уменьшении толщины активной части уменьшается механическая прочность пластины, то она может лежать на сетке, обеспечивающей необходимую прочность. В случае сетки с прямоугольными ячейками шаг по одному из направлений не должен превышать 1/усилитель электронного потока, патент № 2221309.

На чертежах представлен разрез части предлагаемой конструкции, иллюстрирующий принцип работы усилителя.

На фиг. 2 изображена конструкция усилителя, где

1 - кремниевая пластина КЭФ 4,5;

2 - алмазная пленка р-типа толщиной 2,5 мкм;

3 - напыленный Cs толщиной в несколько атомарных слоев;

4 - омические контакты к кремнию;

5 - отверстие в кремнии диаметром 8 мм.

На фиг. 3 изображена алмазная пленка 1, на которую падает электронный пучок 2 и в которой он рассеивается в конусе 3, порождая в этом конусе вторичные электроны, выходящие из пленки 1 через слой Cs 4 в основании конуса 5. На фиг. 3:

1 - алмазная пленка;

2 - электронный поток;

3 - конусообразная область рассеивания электронов;

4 - напыленный слой Cs;

5 - круг, с площади которого происходит эмиссия вторичных электронов.

Конструкция усилителя электронного потока представлена на фиг. 2. Она состоит из кремниевой пластинки 1 КЭФ 4,5, на которую в плазме нанесен алмазный слой 2 р-типа толщиной 2,5 мкм. С обратной стороны кремниевой пластины наносится металл, образующий омический контакт 3 к кремнию. Затем кремниевая пластина травится со стороны контакта 3 через маску диаметром 80 мм до алмазной пленки 2. Посредством травления в кремнии образуется отверстие диаметром 8,0-8,5 мм, которое обеспечивает свободный доступ электронов к алмазной пленке со стороны кремния. С помощью распыления Cs в вакууме на лицевую поверхность алмазной пленки наносится слой 4 в несколько атомарных слоев.

Фиг. 3 поясняет принцип действия усилителя. При падении на алмазную пленку 1 тонкого электронного луча 2 электроны этого луча начинают не упруго рассеиваться, порождая вторичные электроны [5] и дырки. Дырки удаляются приложением отрицательного напряжения к контакту 3 (фиг. 2), а электроны эмиттируются через поверхность, покрытую Cs. Рождаемых одним электроном число вторичных электронов оценивается как усилитель электронного потока, патент № 2221309, где Ее - энергия падающих на поверхность алмазной пленки электронов, а усилитель электронного потока, патент № 2221309 - средняя энергия ионизации, которая для алмаза приблизительно равна энергии вторичной ионизации и составляет около 24 эВ. Область, в которой рождаются вторичные электроны, - это область рассеяния первичных электронов и она представляет конус 3 с основанием, диаметр которого приблизительно равен высоте конуса. Высота конуса равна глубине проникновения первичных электронов и равна 2,5 мкм при Ее=15 кэВ. Таким образом, основание конуса рассеяния 3 лежит на поверхности алмазной пленки 4, покрытой тонким слоем Cs. Алмазные пленки, покрытые Cs, имеют почти нулевую работу выхода [6], поэтому вторичные электроны из конуса 3 будут эмиттироваться с поверхности круга 4 при приложении внешнего электрического поля, направленного в сторону пленки перпендикулярно ей. Поскольку основание конуса определяет разрешающую способность, то она будет не хуже чем 100 лин/мм. Испытание предлагаемой конструкции в реальном ЭОП обеспечило разрешающую способность ЭОП не хуже чем 66 лин/мм, т.е. разрешение было не хуже, чем в самых лучших ЭОП.

Источники информации

1. http://www.darkos.ru:8000/goggles.html.

2. http://www.Arsenal.com.

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

4. Рекламное сообщение фирмы Litton (США), IDEX 97.

5. "Краткий справочник по физике". Г.Эберт, М, 1963.

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.

Класс H01J43/04 электронные умножители 

Класс H01J31/50 электронно-оптические преобразователи или видеоусилители, те приборы с оптическим, рентгеновским и тому подобным входом и оптическим выходом 

лазерная электронно-лучевая трубка -  патент 2525665 (20.08.2014)
фотокатодный узел вакуумного фотоэлектронного прибора с полупрозрачным фотокатодом и способ его изготовления -  патент 2524753 (10.08.2014)
импульсный электронно-оптический преобразователь -  патент 2521599 (10.07.2014)
компактная трубка-усилитель яркости изображения и система ночного видения, снабженная таким усилителем -  патент 2510096 (20.03.2014)
импульсный электронно-оптический преобразователь -  патент 2473146 (20.01.2013)
фотоэлектронное устройство -  патент 2472250 (10.01.2013)
входной узел времяанализирующего электронно-оптического преобразователя -  патент 2470406 (20.12.2012)
устройство регистрации изображений, сформированных с помощью излучения -  патент 2446613 (27.03.2012)
двухчастотный лазерный электронно-лучевой прибор для генерации пикосекундных импульсов -  патент 2427951 (27.08.2011)
усилитель электронного потока -  патент 2387042 (20.04.2010)

Класс H03F17/00 Усилители, имеющие электролюминесцентный элемент и/или фотоэлемент

Наверх