Электроника

ХОЛОДНЫЙ КАТОД, катод электровакуумного прибора, функционирующий, в отличие от термоэлектронного катода, без спец. подогрева. Обычно выделяют три оси. группы X. к. 1) Полевые, или туннельные, катоды, включающие автоэмиссионные, автотермоэмиссионные, автофото-эмиссионные, взрывно-эмиссионные и др. эмиттеры, испускающие эл-ны под действием сильного внеш. электрич. попя (напряженностью 10' В/см и выше), приложенного к его поверхности. Выход эл-нов с поверхности металла и ПП в таких X. к. осуществляется вследствие туннельного эффекта сквозь узкий потенц. барьер, образующийся при наложении сильного электрич. поля (см. также Автоэлектронная эмиссия, Взрывная электронная эмиссия). 2) Не накаливаемые эмиттеры «горячих» электронов (а т. ч. на основе диэлектрич. слоев диспергир. в-ва, контактов металл — полупроводник, МДМ-структуры), работающие под действием внутр. электрич. поля (напряженностью 104 В/см и выше), создающего поток «горячих» эл-нов нэ объема эмиттера в окружающую среду через поверхностный потенц. барьер. 3) X. к., электронная эмиссия к-рых осуществляется через невозмущённый поверхностный потенц. барьер (наиболее распространены). К таким X. к. относятся прежде всего фотокатоды (в т. ч. с отри цат. электронным сродством) и вторично-эмиссионные катоды.
Из группы полевых катодов наиболее известны автоэмиссионные, или автоэлектрониые, катоды в виде игольчатых, лезвийных или нитевидных эмиттеров (т. н. катодов-вискер-сов). Автоэлектронные катоды часто применяются в режиме термоавтоэлентронной эмиссии. Термоавтоэлектронная и взрывная эмиссия полевых катодов первоначально инициируется автоэлектронной эмиссией, обладающей высокой плотностью тока (101—10" А/см* в непрерывном и 10' — 10ч А/см' в импульсном режимах). При отборе тока столь высокой плотности происходит разогрев катода, так что становится существенной термоэлектронная эмиссия, ток к-рой складывается с чисто автоэмиссиоиным. При сильном разогреве катода происходит интенсивное испарение материала катода, его оплавление и последующий «взрыв» под действием электромеха ни ч. нагрузок, вызываемых пондеромоторными силами. Образующаяся при взрыве плазма служит в свою очередь дополнит, источником и стимулятором электронной эмиссии. Величина импульсного тока таких X. к. достигает неск. де'сятков и сотен кА при напряжениях в сотин кВ.
Для изготовления полевых катодов, как правило, используют проволоку нли фольгу из проводящих или ПП материалов (W, Та, Re, Nb, С, карбидов переходных металлов и т. п.), конец к-рых заостряется (напр., методами хим. или электрохим. травления). Катоды-вискерсы формируются в процессе направленного выращивания микромонокристаллов. Автофото катоды выполняют обычно из сильио-легир. образцов Се и Si (автоэлектронная эмиссия таких X. к. чувствительна к свету).
X. к. на основе диспергир. в-ва (напр., тонкого слоя порошка ВаО, активированного Cs) изготовляют путём осаждения и последующего активирования слоя на диэлектрич. стеклянных и снталловых подложках. Процесс изготовления МДМ-катодов сложен и включает следующие осн. операции: попучение чистой поверхности массивного металла, покрытие этой поверхности тонким слоем диэлектрика (напр., оксида) и нанесение на поверхность диэлектрике тончайшей плёнки металла с пони ж. работой выхода эп-нов. Примером МДМ-катода может служить система AI—Al Оз—Au, активированная Ва или Cs.
Значения плотности тока X. к. лежат в широких пределах — от неск. мА/см3 для иек-рык эмиттеров «горячих» эл-нов до неск. сотен тыс. и даже млн. А/см' для авто-эмиссиониых и взрыв но- эмиссионных катодов. Однако из-за малой площади эмитирующей поверхности, представляющей собой, как правило, систему точечных центров, общий ток X. к. (исключая взрывно-эмиссионные) обычно мал и не превышает десятков мА в непрерывном режиме.
X. к. находят применение в электронных проекторах, в нек-рых типах электронных микроскопов, рентгеновских трубок, мощных СВЧ приборов, электронных пушек для возбуждения лазеров, датчиков общего и парциального давления остаточных газов в ЭВП, низковольтных микроэлектронных диодов и триодов и др. электронных приборов повыш. экономичности. Такие катоды обеспечивают высокую крутизну В АХ приборов, сверхмалое время их готовности и устойчивость характеристик ЭВП к раэл. видам радиации.