Холодный катод

Холодный катод (автоэмиссионный или острийный катод) — эмиттер свободных электронов, работающий на основе явления автоэлектронной эмиссии, функциональный элемент многих приборов в микроэлектронике. Название исходит из того, что предварительно катод специально не нагревается (но всё же во время работы лампы такой катод может нагреваться до таких же температур, что и нагреваемый).

Технология

Исходными материалами для создания автокатодов в первую очередь служат тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, рений, платина), а также металлы переходных групп (хром, ниобий, гафний), часто к этим металлам добавляется оксид тория (особенно в дуговых ксеноновых лампах) для снижения работы выхода и создания начальной ионизации в газовой среде. В автоэмиссионных газоразрядных приборах обычно катод легируется торием, используются смеси Пеннинга, также добавляется небольшое количество криптона-85 в рабочую смесь газов. Холоднокатодный тиратрон МТХ-90 имеет холодный катод, покрытый цезием, благодаря чему при освещении тиратрона естественным или искусственным светом начальные электроны излучаются с катода благодаря фотоэлектронной эмиссии. Бесчисленное множество вариантов для создания автокатодов дают полупроводниковые материалы. Однако автокатоды из таких материалов не могут работать длительное время в условиях серийных приборов, так как происходит разрушение микровыступов, определяющих автоэмиссию с рабочей поверхности катода. В 1970-х годах появились первые сообщения об эмиссионных свойствах углеродных материалов (в основном углеродные волокна). Дальнейшие исследования показали принципиальную перспективность таких материалов.

Преимущества

Преимуществами автоэмиссионных катодов, по сравнению с другими видами источников свободных электронов, являются:

• малая чувствительность к внешней радиации;
• устойчивость к колебаниям температуры;
• отсутствие накала;
• высокая плотность тока автоэмиссии;
• безынерционность;
• экспоненциально высокая крутизна вольт-амперных характеристик.

Применение

Совокупность вышеуказанных свойств обуславливает перспективность использования автокатодов в различных электронных приборах, таких как электронно-лучевые приборы, плоские дисплейные экраны, катодолюминесцентные источники света и так далее.

Используется в устройстве некоторых газоразрядных ламп, вакуумных либо заполненных газом светящихся трубок «с холодным катодом» (CCFL, англ. Cold Cathode Fluorescent Lamp).