ЛЕКЦИЯ 25. ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ

П л а н л е к ц и и

25.1. Приборы на основе автоэлектронной эмиссии.

25.2. Практическое применение автоэлектронной эмиссии.

25.1. Приборынаосновеавтоэлектроннойэмиссии.

Как отмечалось ранее, автоэлектронная эмиссия возникает под действием сильного электрического поля напряженностью E = 107–108 В/см. Напряженность электрического поля значительно усиливается, если поверхность автокатода шероховатая или представляет собой острие с малым радиусом закругления. Современные микроэлектронные технологии позволяют сформировать не только одиночное острие микронных и субмикронных размеров, но и их массив (матрицу). На основе таких матриц могут быть реализованы различные вакуумные микроэлектронные приборы (диоды, триоды и т. п.).

Базовым элементом вакуумных микроэлектронных приборов (ВМП) является совокупность (матрица) автоэлектронных катодов, состоящая из множества острийных электронных эмиттеров и вытягивающих электродов. Такие автокатоды получили название матричных автоэлектронных катодов (МАЭК). При этом принципиально увеличение тока многоэмиттерной системы при заданном анодном напряжении по сравнению с одиночным острием пропорционально числу элементов и эффективности их одновременного эмиттирования.

Первые значительные успехи, а также последующие достижения в области теории и технологии создания МАЭК связаны с работами американского исследователя К. Спиндта. Схематическое изображение тонкопленочного автоэмиссионного катода Спиндта приведено на рис. 25.1.

Применение приборов на основе автоэлектронной эмиссии носит разнообразный характер. Ближайшим коммерческим продуктом, который, по-видимому, будет производиться, является полевой эмиссионный дисплей

(Field Emission Display, FED).

Механизм работы FED очень похож на ЭЛТ, где излученные термокатодом и ускоренные положительным напряжением пучки электронов возбуждают люминофор, за исключением того, что источником электронов является катод с полевой (автоэлектронной) эмиссией. Сочетание плоской компоновки с достоинствами ЭЛТ делает FED-дисплеи перспективным продуктом на рынке устройств отображения информации.

Разрабатываемые в настоящее время с использованием традиционных микроэлектронных технологий полевые эмиссионные дисплеи представляют

ЛЕКЦИЯ 25. ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ

25.1. Приборы на основе автоэлектронной эмиссии.

собой матрицу микроминиатюрных катодных узлов острийного (рис. 25.2) либо планарного (рис. 25.3) типа и люминофорного экрана, размещенных в герметичном плоском корпусе.

1,5 мкм

Рис. 25.1. Схематическое изображение автоэмиссионного катода Спиндта

Рис. 25.2. Конструкция полевого эмиссионного дисплея с катодами острийного типа

ЛЕКЦИЯ 25. ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ

25.1. Приборы на основе автоэлектронной эмиссии.

одиночныйОдиночныйпиксель

красныйКрасныйподпиксель синийСинийподпиксель зеленыйЗеленыйподпиксель

катодКа люминофорЛюм н

стеклоСтек линииЛиниианода

линии катодаЛинии

Рис. 25.3. Конструкция полевого эмиссионного дисплея с катодами планарного типа

Практически все ведущие электронные корпорации ведут разработку дисплеев на основе полевой эмиссии.

25.2. Практическоеприменениеавтоэлектроннойэмиссии.

Практическое применение автоэлектронной эмиссии и туннельного эффекта, лежащего в ее основе, привело к созданию сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Разработчики СТМ – сотрудники Швейцарского отделения корпорации IBM Герд Бинниг и Генрих Рорер награждены Нобелевской премией в 1986 г. СТМ – уникальный инструмент в руках экспериментаторов, позволяющий изучать не только структуру поверхности различных тел, но и наблюдать течение различных реакций. Еще одно примение СТМ – формирование наноразмерных структур на поверхности твердого тела (см. лекцию 26).