Нерівноважні плазмові технології в мікроелектроніці.

3.8.1.3. Плазмові панелі

Для побудови телеекранів та моніторів великих (порядку метрів) розмірів зараз починають використовуватися так звані плазмові панелі. Річ у тому, що для побудови моніторів таких розмірів і великої яскравості електронно-променеві трубки або системи на рідких кристалах виявляються непридатними.

Плазмова панель являє собою матрицю з невеличких (з розмірами порядку міліметрів) окремих ізольованих комірок, в яких запалюються жевріючі електричні розряди. Ці розряди живляться системою схрещених електричних провідників. Система горизонтально спрямованих провідників відповідає рядкам зображення, а вертикально спрямованих – його колонкам. Напруга, що подається на один з провідників рядка, неспроможна запалити розряд у комірках, але коли одночасно подається напруга ще й на один з провідників колонок, то сумарної різниці потенціалів вистачає, аби запалити розряд у комірці, яка знаходиться на перехресті цих провідників. Яскравість світіння розряду залежить від сумарної різниці потенціалів на вказаних провідниках. Механізм світіння зводиться до збудження атомів електронним ударом з наступною радіаційною релаксацією. Скануюючи напруги, прикладені до системи горизонтальних і вертикальних провідників, можна таким чином створювати на моніторі бажане зображення.

Цим можна було б і вдовольнитися, і перші плазмові панелі працювали саме за таким принципом. Слід однак зважити на те, що загальна енергія, яка міститься у світінні розрядів у інертних газах ( а саме такими газам, зокрема ксеноном, наповнюються розрядні комірки) у видимому діапазоні світла набагато менша, ніж та енергія, яка припадає на випромінювання розрядів в ультрафіолетовому діапазоні довжин хвиль. Тому для утилізації цієї енергії та збільшення яскравості світіння поверхню комірок вкривають звичайно ще й люмінофором. Під дією ультрафіолетового опромінювання люмінофор випромінює хвилі оптичного діапазону. В залежності від виду люмінофору можна одержувати світіння різних кольорів – червоного, синього або зеленого. Тому окремий елемент зображення – піксел – складається звичайно з трьох елементарних комірок, які видають зображення у цих кольорах. Таким чином вдається одержувати вже не монохроматичне, а кольорове зображення.

3.8.2. Тиратрони

Тиратрони – це газонаповнені прилади, що використовуються для випрямлення змінного струму, а також для формування коротких імпульсів струму великої амплітуди.

Тиратрон має три електроди: розжарений оксидний катод, металевий чи графітовий анод та керівну сітку, розташовану між ними. Тиск газу (звичайно використовують інертні гази, пари ртуті або водень) складає величину порядку 0.1 тор. Всередині тиратрона запалюється несамостійний дуговий розряд.

У прямому напрямку тиратрон пропускає струм у кілька ампер при напрузі 15-20 В. Ця напруга складається з катодного падіння і падіння на позитивному стовпі розряду. Доки анодний струм не перевищує струму емісії катоду, катодне падіння напруги залишається майже незмінним і приблизно дорівнює потенціалу іонізації газу, який заповнює робочий об’єм. Практично незмінним залишається й падіння на позитивному стовпі, оскільки при зростанні струму збільшується ступінь іонізації газу та зростає його електропровідність. Таким чином, у робочому діапазоні струмів вольт-амперна характеристика тиратрона йде горизонтально.

При негативному потенціалі аноду тиратрон має вентильні властивості, що й використовується для випрямлення струму. Звичайно тиратрон працює при низьких тисках, які відповідають лівій гілці кривої Пашена (див. п. 3.3.2.3). Цей режим забезпечує великі значення допустимих зворотних напруг (при наповненні інертними газами – 3-5 кВ, при наповненні парою ртуті – 15-25 кВ).

При позитивному потенціалі на аноді та негативному (8-10 В) потенціалі на сітці остання не пропускає електрони в прианодний простір, заважаючи запалюванню розряду. Тиратрон виявляється запертим. При зменшенні негативної напруги на сітці електрони, емітовані катодом, проникають крізь сітку, іонізують газ, і тиратрон відпирається. Після цього потенціал сітки нейтралізується хмарою іонів, які її оточують, і сітка втрачає керівні властивості. Анодний струм відкритого тиратрона визначається лише параметрами анодного кола і може бути вимкнений тільки тоді, коли анодна напруги знизиться нижче порогу горіння розряду. Після гасіння розряду концентрація носіїв заряду поступово спадає в результаті рекомбінації, після чого керівні властивості сітки відновлюються. Цей час відновлення визначає граничну частоту роботи тиратрона, яка звичайно складає 0.5-1 кГц.

Для формування потужних коротких (0.1-1 мкс) імпульсів струму амплітудою до 1 кА при напругах до 25-35 кВ використовують імпульсні водневі тиратрони. Заповнення воднем забезпечує швидку деіонізацію газу після гасіння розряду. Гранична частота таких тиратронів досягає 30-50 кГц.