MXPA02000664A

MXPA02000664A - Canon compacto de emision de electrones por efecto de campo y lente convergente.

Info

Publication number: MXPA02000664A
Application number: MXPA02000664A
Authority: MX
Inventors: Rich Gorski
Original assignee: Extreme Devices Inc
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-07-02
Also published as: US6255768B1; KR20020038696A; JP2003505833A; TW477997B; EP1198819A4; EP1198819A1; CN1369104A; CA2384506A1; RU2002102078A; WO2001006531A1; AU5630200A

Abstract

Un canon de electrones compacto incluye un catodo (12) de emision por efecto de campo, un electrodo (18) tipo Pierce, una capa (14) de compuerta, una capa (16) de lente convergente, una lente (20) convergente, y un embudo (22) de convergencia.

Description

CAÑÓN COMPACTO DE EMISIÓN DE ELECTRONES POR EFECTO DE CAMPO Y LENTE CONVERGENTE Campo de la Invención La invención pertenece a cañones de electrones y su uso en dispositivos tales como tubos de rayos catódicos (CTR) . Más particularmente, una matriz de emisión por efecto de campo se combina con electrodos integrales y electrodos externos para proporcionar una fuente compacta de un haz de electrones enfocado.

Antecedentes de la Invención Un tubo de rayos catódicos (CRT) y cualquier otro dispositivo que requiera un haz de electrones normalmente contiene un filamento caliente para provocar la emisión ter iónica desde un cátodo. Ha existido un gran interés en desarrollar cátodos frios, dependiendo de la emisión por efecto de campo de los electrones, para reemplazar los cátodos calientes. Para los dispositivos de corriente baja, tales como microscopios de electrones de barrido, existe un gran número de patentes que describen cañones de electrones de emisión por efecto de campo. Para aplicaciones de corriente intensa, tales como pantallas de TV, cátodos de emisión por efecto de campo de la técnica anterior, generalmente basados en molibdeno y silicio, no han probado ser lo suficientemente fuertes para aplicaciones comerciales. El daño en las puntas ocurre a partir de la reunión posterior de iones provocada por la presencia de gases de trasfondo y las puntas fallan cuando se impulsan a densidades de corriente intensa. Se ha demostrado que los cátodos de micropuntas basados en carbono pueden utilizarse como un reemplazo para los cátodos de emisión por efecto de campo de micropuntas basados en molibdeno o silicio. También se ha demostrado que el diamante puede integrarse monolíticamente con electrodos de compuerta en una estructura auto-alineada, utilizando técnicas de fabricación de circuitos integrados ("Advanced CVD Diamond Microtip Devices for Extreme Applications," Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol 509 (1998). La extracción de electrones del material emisor de electrones frios mediante un electrodo de compuerta se ha estudiado ampliamente en años recientes. Gran parte del trabajo en el desarrollo de cátodos se dirigió a fuentes de electrones para el uso en pantallas de panel plano. La Patente Norteamericana 3,753,002 describe una fuente de haz de electrones dirigido en miniatura con varias capas depositadas de aislador y conductor para enfocar y desviar el haz de electrones. Las capas depositadas tienen una columna unida a través de las mismas hasta la fuente de emisión por efecto de campo de puntos. El dispositivo se fabrica mediante técnicas de deposición de materiales. La Patente Norteamericana 4,178,531 describe un tubo de rayos catódicos que tiene un cátodo de emisión por efecto de campo. El cátodo comprende una pluralidad de salientes en 5 punta separadas, cada saliente tiene su propio electrodo que produce la emisión por efecto de campo. Los electrodos • de enfoque se utilizan para producir un haz. La estructura produce una pluralidad de haces modulados que se proyectan como un racimo en trayectorias sustancialmente paralelas 10 que se enfocan y se barren sobre la pantalla de un CRT. Se describe la fabricación utilizando una resina foto sensible o capa de resina térmica. La Patente Norteamericana 5,430,347 describe un dispositivo de emisión por efecto de campo de cátodos frios que tiene una lente electrostática 15 como parte integral del dispositivo. La lente electrostática tiene una abertura que define el tamaño del primer tamaño de la abertura del electrodo de compuerta. El sistema de lente electrostática es para proporcionar un corte transversal del haz de electrones para de manera que 20 un tamaño de pixel de aproximadamente 2 a 5 micrones pueda emplearse. Se muestran las representaciones del modelo computarizado de la vista en elevación lateral de los emisores de electrones de la técnica anterior. Entre las patentes relativamente recientes, la 25 Patente Norteamericana 5,719,477 describe emisores de Jl electrones cónicamente conformados en donde un control de voltaje puede aplicarse independientemente a cada grupo de la pluralidad de grupos de cátodos y también a los electrodos de compuerta. La Patente Norteamericana 5 5,723,867 describe un electrodo de compuerta con la superficie emisora en un rebajo cónico con electrodos de • enfoque en la superficie arriba del rebajo. En una modalidad, existe un "electrodo de protección". La Patente Norteamericana 5,814,931 de igual manera tiene el emisor en 10 un "hueco" y los electrodos de enfoque en cuatro partes alrededor de la pluralidad de emisores. El emisor es un • metal refractario como tungsteno. El voltaje convergente varia durante el ángulo de barrido cuando el emisor de electrones de utiliza en un CRT. El enfoque se designa para 15 ser más intenso cuando el haz de electrones está en la parte periférica de una pantalla. También se describe la división del electrodo emisor. La Patente Norteamericana 5,850,120 describe un método para obtener linealidad en brillantez mientras se utiliza un emisor que sigue la 20 corriente de emisión del tipo Fowler-Nordheim. Un electrodo de compuerta secundario tiene menor potencia que un primer electrodo de compuerta y el voltaje entre el cátodo y el electrodo de compuerta secundario es proporcional al voltaje entre el cátodo y el electrodo de compuerta 25 primario. También se describe un electrodo de compuerta ternario, el cual está a un voltaje mayor para incrementar la corriente y prevenir la corriente de compuerta secundaria. La publicación No. 09306376 de la Oficina de 5 Patentes Japonesa describe haces de electrones emitidos a partir de fuentes cónicas de electrones y enfocados por un • primer electrodo de enfoque y acelerados por un segundo electrodo de enfoque. Potenciales eléctricos independientes del electrodo de enfoque y un ánodo se utilizan para formar 10 un foco en una pantalla con una lente principal, la cual es una lente bipotencial convencional. El libro Basics of Electron Optics describe los principios de las lentes de electrones, los factores que limitan la calidad de las ópticas de electrones y, en el 15 Capitulo 11, los cañones de electrones basados en cátodos calientes convencionales que se utilizan en televisión y otros CTR. Además del cañón de electrones, que forma y enfoca un haz, existe una región de trasfondo que pone al • haz en un punto en la pantalla y un desviador o bobina de 20 desviación que desvia al haz. La bobina de desviación de un CRT no es una parte de esta descripción y no se discutirá más adelante. El libro antes mencionado discute las tres regiones en un CRT: (1) la región de formación de haces, que incluye el cátodo y las lentes ópticas de electrones, 25 que suministran un haz divergente de electrones; (2) la región de lente principal, que utiliza lentes cilindricas, usualmente co-lineales, para enfocar el haz divergente hacia la pantalla de visualización, y (3) la región de trasfondo, la cual se pasa al cuello del CRT y en el cual 5 se mueve los electrones redirigidos, sin fuerzas adicionales hacia la pantalla. En tales CRT, existe una ß región de cruzamiento en el haz de electrones cerca del cátodo y el haz se mancha por los efectos combinados de las aberraciones de las lentes, la carga separada y la 10 distribución térmica de los electrones emitidos. El resultado de este manchado es menos resolución en la imagen • formada en la pantalla. La Patente Norteamericana 5,343,113 discute la introducción del cañón de electrones de flujo laminar, que 15 produce una visualización más clara, más brillante que los cañones de cruzamiento. En un cañón de flujo laminar, los electrones emitidos desde el cátodo tienden a fluir en trayectorias aerodinámicas hasta que se desvian a un foco • en la pantalla de visualización. Esta patente, típica de 20 los cañones de electrones de emisión por efecto de campo, describe el uso de varias lentes junto con el haz de electrones. Las lentes significativamente extienden la longitud requerida del cañón. Lo que se necesita es un cañón de electrones que tenga un cátodo frió que tenga una 25 larga vida sin requerir un ambiente de operación ultra elevado al vacio y que tenga una disposición de lentes que permita una configuración compacta y corriente suficientemente elevada en un pequeño punto para muchas aplicaciones de CRT, incluyendo la TV.

Descripción de las Figuras La Figura 1 es un dibujo de la matriz de emisión por efecto de campo y los electrodos externos del cañón de electrones de esta invención en un CRT. 10 La Figura 2 muestra detalles de la matriz de emisión por efecto de campo monolíticamente integrada con • electrodos de extracción y de enfoque. La Figura 3 muestra los resultados de una simulación computarizada de la geometría del haz para un 15 dispositivo tal como el mostrado en la Figura 1.

Sumario de la Invención Se proporciona un cañón de electrones compacto de • emisión por efecto de campo que proporciona una corriente 20 de haces en el rango de miliamperios y un tamaño de punto en una pantalla de visualización en el rango de 1-2-mm. Energías del haz entre 5 y 32 Kev y distancias entre el cátodo y la pantalla de aproximadamente 2 a 50 cm se esperan en un CRT. La longitud total del cañón de 25 electrones puede ser menor de 3 cm. El cañón de electrones incluye un cátodo de emisión por efecto de campo en la forma de una matriz, preferiblemente micropuntas de diamante o carbono tipo diamante, e incluye electrodos de extracción y de enfoque monolíticamente integrados. Los 5 electrones se extraen de las puntas de emisión por efecto de campo por un potencial positivo aplicado a través de una compuerta del extractor delgada colocada alrededor de cada punta. Los electrones entonces de enfocan en lets de haces paralelos mediante una lente convergente monolíticamente 10 integrada colocada arriba de la compuerta integrada del extractor para formar un haz laminar. Una lente convergente • externa y un embudo de convergencia actúan para enfocar los lets de haces y acelerarlos al potencial del ánodo/pantalla. El haz debe acelerarse al potencial del 15 ánodo para que los electrones tengan una energía cinética suficiente para proporcionar el nivel de brillantez de la pantalla de fósforo requerida. La lente convergente externa también proporciona una fuerza de convergencia en el haz • para compensar la propagación del haz debido a la repulsión 20 de carga de espacio y para compensar las diferencias de enfoque de cañón a cañón provocadas por las tolerancias de fabricación. 25 Descripción de las Modalidades Preferidas Con referencia a la Figura 1, el cañón de electrones compacto de emisión por efecto de campo de esta invención se muestra instalado en el tubo 10 de rayos catódicos (CRT) . El cátodo de emisión por efecto de campo, preferiblemente un cátodo 12 basado en carbono, en la forma de una matriz emisora, se forma monolíticamente con una capa 14 de compuerta integrada del extractor y una capa 16 de lente convergente integrada. Los electrones se extraen de las puntas de emisión por efecto de campo del cátodo 12 al aplicar un potencial positivo a la capa 14 de compuerta integrada del extractor. Los electrones entonces se enfocan en lets de haces paralelos por la lente 16 convergente monolíticamente integrada arriba de las compuertas para formar un haz de electrones laminar. El electrodo 18 tipo Pierce se coloca en un potencial cercano (dentro de aproximadamente 150 voltios) del potencial de la lente 16 convergente integrada y se utiliza para terminar los campos de margen y establecer adecuadamente el potencial eléctrico enfrente al cátodo. La forma del electrodo 18 puede ser un disco simple con una abertura pero puede ser de una variedad de formas para lograr su propósito. La lente 20 convergente externa, colocada arriba del electrodo 18 Pierce en combinación con el embudo 22 de convergencia crea un efecto de enfoque externo que fuerza a los lets de haces en conjunto individuales. El embudo 22 de convergencia, el cual es un potencial de ánodo, se coloca arriba de la lente 20 convergente externa y acelera el haz dentro de la región de trasfondo libre por efecto de campo entre le embudo 22 de convergencia y el recubrimiento 28 de fósforo. Los muelles 24 de protección conectan eléctricamente al embudo 22 de convergencia y al recubrimiento 26 conductivo interno (tipicamente grafito) en el tubo de rayos catódicos. El haz de electrones que surge de la lente convergente externa se pone en un foco de diámetro pequeño en el recubrimiento 28 de fósforo en el interior del tubo de visualización. Los lets de haces que surgen de la lente convergente integrada se enfocan esencialmente en un estado de flujo laminar cercano. El efecto de enfoque externo formado entre la lente 20 convergente externa y el embudo 22 de convergencia proporciona una acción de enfoque adicional y medios para acelerar el haz hasta el potencial de ánodo. En contraste, un cañón de electrones de la técnica anterior que utiliza un cátodo termiónico caliente requiere una lente convergente con longitud en cualquier lugar de 15 a 60 mm para lograr caracteristicas de haces similares a las del haz que surge fuera del embudo 22 de convergencia en el presente aparato. La Figura 2 muestra detalles del cátodo frió y los electrodos monolíticamente integrados. El cátodo se hace preferiblemente con material basado en carbono como se describe en las solicitudes de patente pendientes y comúnmente poseídas SN 09/169,908 y SN 09/169,909, ambas de la cuales se incorporan por este medio en la presente para 5 referencia para todos los propósitos. Puede utilizarse cualquier material para producir un cátodo de emisión por • efecto de campo. La corriente de haces promedio a partir de la matriz se determina por el número de puntas de compuerta utilizado, y la corriente de emisión promedio de cada uno. 10 Las alas 18 de Pierce (Figura 1) se colocan preferiblemente alrededor de la matriz de puntas de compuerta para terminar adecuadamente los campos de margen. Como se discute adicionalmente en las solicitudes de patente pendientes antes mencionadas e incorporadas para 15 referencia en la presente, el electrodo 14 de compuerta sirve para proporcionar un campo eléctrico elevado en las puntas de la matriz hecha del cátodo basado en carbono. Las capas 13 y 15 dieléctricas se forman entre el cátodo basado • en carbono y la capa 14 de compuerta integrada del 20 extractor y entre la capa 14 de compuerta integrada y la capa 16 de lente convergente integrada, respectivamente, como se muestra en la Figura 2. Las capas 13 y 15 dieléctricas se forman preferiblemente de dióxido de silicio y los electrodos 14 y 16 se forman preferiblemente de molibdeno u otro material, utilizando técnicas bien conocidas en la industria. El aparato descrito en la presente se utilizará como un reemplazo para los cañones de electrones termiónicos convencionales utilizado en tubos de rayos catódicos. En una modalidad preferida, el cátodo de emisión por efecto de campo es una matriz circular de 0.25 mm de diámetro que contiene 1,000 puntas piramidales uniformemente separadas alrededor dos micrones de ancho y aproximadamente 1.4 micrones de alto. Alternativamente, las puntas piramidales pueden reemplazarse por una superficie plana que tiene la misma área que la base de una pirámide. Las puntas piramidales y el sustrato se componen de un carbono en forma de diamante formado por métodos establecidos en las solicitudes de patente antes mencionadas. La distancia entre las puntas preferiblemente es de 6 micrones aproximadamente. El espesor de las capas 13 y 15 de aislamiento de dióxido de silicio es de 2 micrones aproximadamente. La ala 18 de Pierce preferiblemente tiene el mismo potencial que la capa 16 de lente convergente integrada. Los potenciales de la capa 14 de compuerta del extractor integrada y la capa 16 de lente convergente integrada preferiblemente se establecen para que los lets de haces paralelos de los electrones emerjan de la estructura integrada.

Como se describe en las solicitudes de patente pendientes mencionadas, la capa de emisión del emisor de electrones basado en carbono de esta invención se cubre secuencialmente por una primera capa dieléctrica, la capa de electrodos de extracción de electrones, la segunda capa dieléctrica y la capa de electrodos de enfoque. El contacto óhmico (no mostrado) se hace en la parte posterior del emisor basado en carbono. Métodos para fabricar las múltiples capas dieléctricas y de electrodos y para crear las aberturas en las capas son aquellos convenientemente utilizados en la técnica de fabricación de semiconductores. Es preferible crear muchos cañones de electrones en un solo disco de carbono antes de cortar o de forma contraria dividir al disco de capas múltiples en cañones de electrones separados. Un cañón de electrones tipico contendrá aberturas en las capas que tienen un diámetro entre 1 a 4 micrones y las aberturas tendrán una inflexión (distancia entre los centros de las aberturas) en el rango de aproximadamente 6 micrones a aproximadamente 10 micrones, dependiendo del total de corriente requerida. La inflexión puede ser tan pequeña como sólo ligeramente mayor que los diámetros de compuerta, pero los cálculos y resultados indican que la inflexión debe ser al menos aproximadamente 2 veces el diámetro de las aberturas de compuerta. Por ejemplo, un cañón de electrones puede contener aberturas de 1 micrón con una inflexión de 10 micrones en una matriz de 100-X 100 de aberturas o 10,000 aberturas. Aún, miles de cañones de electrones pueden producirse en un disco de carbono sencillo de 5.08 cm (2 5 pulgadas) de diámetro o más. El haz paralelo de los electrones viaja hacia la • lente 20 convergente externa, que se coloca de preferencia a aproximadamente a 1 mm arriba de la matriz de punta de compuerta, pero puede estar a una distancia de 10 aproximadamente 0.25 mm a aproximadamente a 2.0 mm. El separador 19 cerámico sirve para separar el ala 18 de • Pierce y la lente 20 convergente externa. La lente 20 convergente externa preferiblemente tiene un diámetro de abertura de aproximadamente 6 mm, pero puede tener un 15 diámetro de aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 8 mm y tener un espesor de aproximadamente 0.6 mm. La lente convergente externa se colocará en un potencial en el rango de aproximadamente -1,000 voltios a aproximadamente 5,000 • voltios. El propósito de esta lente es forzar los haces 20 individuales de electrones juntos, compensando la repulsión de carga de espacio, de manera que forman un punto enfocado en la pantalla 28. El embudo 22 de convergencia puede colocarse aproximadamente a 3 milímetros arriba de la lente 20 convergente externa. El embudo de convergencia tendrá el 25 mismo potencial que el recubrimiento conductor dentro del tubo de rayos catódicos, que con frecuencia está en el rango de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 30,000 voltios para formar una región libre por efecto de campo para el resto de la trayectoria de haces de electrones. La 5 abertura en el embudo 22 de convergencia es de preferencia alrededor de 12 mm, pero puede estar en el rango de • aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 15 mm. Preferiblemente, el potencial de las lentes será tal que el punto enfocado tendrá un circulo minimo de menos confusión 10 formado en la pantalla 28. El haz de electrones producido por el aparato de la Figura 1 fue previsto utilizando el software de Simulación de Haces de Electrones modificado (EBS) . Este software resuelve y calcula las trayectorias de electrones 15 a través del campo eléctrico calculado utilizando las ecuaciones de La Place y Poisson para una variedad de condiciones de limite y corrientes de haces. Para tal simulación, es necesario caracterizar la emisión de • electrones a partir del cátodo en términos de su espectro 20 de energía tangencial. Las ópticas de electrones para La Matriz de Micropuntas de compuerta/Enfocada (GFMA) , mostradas en las Figuras 1 y 2 como la 12, 14 y 16, pueden designarse para producir un haz de electrones laminar o un haz con un ángulo muy pequeño de divergencia. El diseño 25 debe optimizarse basándose en las mediciones experimentales en la energía tangencial a partir de un diseño particular de GFMA. La configuración de la Figura 1 permitirá la reducción de la longitud del cañón de electrones tanto como 5 cm comparado con los cañones de la técnica anterior. El diseño de las ópticas de electrones requerido por la GFMA es diferente del diseño de cruzamiento discutido en lo anterior. El diseño de cruzamiento dicta que una matriz de diámetro menor se prefiere. En el concepto de GFMA proporcionó aqui una matriz minima de diámetro de bajo del cual la repulsión de carga de espacio se vuele dominante y controla el foco de haces que puede seleccionarse basándose en la simulación computarizada de las caracteristicas del haz de electrones. También existe un haz de diámetro máximo, limitado por la aberración esférica de la lente divergente externa y al final limitada por el diámetro de cuello de un CRT. Otros factores importantes que afectan la repulsión de carga de espacio y la aberración esférica son los requerimientos de corriente de haz máximos, el voltaje del ánodo y la distancia de trasfondo desde el extremo del cañón a la pantalla 28 mostrada en la Figura 1. Las simulaciones computarizadas para una variedad de condiciones en el haz de electrones se han realizado utilizando el software de EBS modificado para simular las puntas de emisión por efecto de campo múltiples. En estos cálculos la GFMA se asume por ser capaz de producir un espectro de energía para que la energía tangencial máxima en una solo let de haces enfocado que surge de la matriz sea menor de 0.5 eV. Las simulaciones también muestran que las energías tangenciales mayores y los niveles de corriente mayores provocan propagaciones excesivas del haz de electrones bajo las condiciones utilizadas en las simulaciones. La Figura 3 muestra un haz calculado de 1 mA de una GFMA de 1.0 mm de diámetro como se muestra en la Figura 1 con la lente 20 convergente externa en -1075 V y el embudo 22 de convergencia en +25 kV. El punto muestra un haz de 0.5 mm de ancho en una pantalla de 22 cm a partir del plano de emisión del cátodo. Para este cálculo, la lente convergente externa estaba en una posición de aproximadamente 0.4 mm desde el extremo de la GFMA. Los resultados de la simulación computarizada muestran que la aberración esférica de la región de la lente convergente externa y, cuando la corriente de haz es mayor de 0.3 mA, la repulsión de carga de espacio en la región de trasfondo son condiciones que se utilizan para la optimización. La repulsión de carga de espacio incrementa a medida que la densidad y distancia de la corriente de haces a la pantalla incrementa, y disminuye a medida que el voltaje de aceleración del ánodo incrementa. La aberración esférica, la cual es una disminución en longitud focal con la altura del haz dentro de una lente, incrementa a medida que el diámetro del haz en la lente incrementa. Desafortunadamente, la aberración esférica tiene menos de un efecto con el diámetro de haz menor y la repulsión de carga de espacio es más importante con un diámetro de haz menor. Por lo tanto, el diseño de electrones óptimo será uno que equilibre los dos efectos. De preferencia, se realiza una optimización para cada aplicación del cañón en un CRT. Las configuraciones de la lente convergente y las posiciones producen diversos grados de aberración esférica; la ubicación especifica de la lente convergente se determinará después de que estén disponibles los resultados experimentales y de simulación. Para un CRT particular, la corriente requerida, la longitud del haz y el método de deflexión pueden determinar los parámetros de diseños finales del cañón de electrones. Con el cátodo frió de esta invención, los requerimientos de corriente pueden satisfacerse para una variedad mucho mayor de aplicaciones para CRT que aquellos que pueden obtenerse con los cátodos frios de la técnica anterior. Los procedimientos generales requeridos para tales diseños se discuten en "Theoretical and Practical Aspects of Electron-gun Desing for Color Picture Tubes," Trans. Ce, Feb., 1975, donde los procedimientos de diseño se aplican a un cañón de electrones de la técnica anterior típico. La energía transversal se disminuirá en el diseño presente por la construcción integrada de puntas 12 de carbono, compuerta 14 de extractor integrada y lente 16 convergente integrada, todos formados integralmente por métodos descritos en las solicitudes pendientes SN 09/169,908 y SN 09/169,909 e incorporadas en la presente para referencia. Las propiedades importantes del cañón de electrones de esta invención cuando se comparan con otros dispositivos emisores por efecto de campo incluyen la capacidad de producir haces de electrones de densidad de corriente intensa con suficiente divergencia controlada para satisfacer un amplio rango de requerimientos de CRT y para operar confiablemente en el ambiente al vacio típico de los CTR. Una característica clave de la presente invención es la lente convergente externa corta, que lleva a los lets de haces desde todas las puntas juntas y permite el enfoque del haz en el campo lejano. Otras ventajas incluyen: capacidad de fabricar el cátodo y las lentes integradas utilizando técnicas desarrolladas en la industria de la icroelectrónica, lo cual reducirá los costos de fabricación, la vida útil del cátodo, alta brillantez y menor tamaño de punto, ancho de banda elevado debido a la capacitancia menor de la matriz emisora por efecto de campo, y una fuente de electrones que puede probarse antes de ensamblarse en un CRT.

La narración anterior y descripción de la invención son ilustrativas y explicativas de la misma, y varios cambios en los detalles del aparato ilustrado y la construcción y método de operación pueden hacerse sin apartarse del espíritu de la invención. • • •

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes reivindicaciones.

1. Una fuente de un haz de electrones enfocado, • caracterizada porque comprende: un cátodo de emisión por efecto de campo que tiene una región emisora continua alrededor de un eje 10 central en la dirección del haz de electrones; una primera capa dieléctrica en el cátodo de • emisión por efecto de campo; una compuerta integrada del extractor y una lente convergente integrada, la compuerta y la lente se separan 15 por una segunda capa dieléctrica y se integran monolíticamente con las capas dieléctricas y el cátodo; una lente convergente externa que tiene un espesor seleccionado y una abertura a través de la misma y dispuesta a una distancia seleccionada de la lente 20 convergente integrada; un embudo de convergencia que tiene un espesor seleccionado y una abertura a través del mismo y dispuesta a una distancia seleccionada del electrodo de enfoque externo; y conexiones eléctricas al cátodo, a la compuerta y a la lente integrada, la lente externa y el embudo de convergencia.

2. La fuente de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el cátodo de emisión por efecto de campo se basa en carbono.

3. La fuente de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un electrodo Pierce dispuesto cerca del plano de la lente convergente integrada para conformar los campos de margen cerca del cátodo de emisión por efecto de campo.

4. La fuente de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera y segunda capas dieléctricas tienen un espesor en el rango de aproximadamente 1 micrómetro a aproximadamente 4 micrómetros .

5. La fuente de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la lente convergente externa tiene un espesor en el rango de aproximadamente 0.3 mm a aproximadamente 1.0 mm.

6. La fuente de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el embudo de convergencia está a menos de 10 mm frente al cátodo.

7. La fuente de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la distancia del cátodo a la lente convergente externa es menor de 3 cm.

8. Un método para proporcionar un haz de electrones enfocado, caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar un cátodo de emisión por efecto de campo, el cátodo de emisión por efecto de campo tiene una región emisora continua alrededor de un eje central en la dirección del haz de electrones, una primera capa dieléctrica en el cátodo de emisión por efecto de campo, o una compuerta integrada del extractor para la extracción de electrones y una lente convergente integrada para el enfoque de electrones, la compuerta y la lente se separan por una segunda capa dieléctrica y se integran monolíticamente con las capas dieléctricas y el cátodo, proporcionar una lente convergente externa, la lente externa tiene un espesor seleccionado y una abertura a través del mismo y dispuesta a una distancia seleccionada de la lente convergente integrada, un embudo de convergencia y las conexiones eléctricas; conectar el cátodo a tierra; y aplicar voltajes seleccionados a la compuerta integrada y a la lente integrada, la lente convergente externa y el embudo de convergencia para producir un haz de electrones enfocado.

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el cátodo de emisión por efecto de 5 campo se basa en carbono.

10. El método de conformidad con la ^ reivindicación 8, caracterizado porque el voltaje aplicado a la compuerta del extractor está en el rango de aproximadamente 20 voltios a aproximadamente 120 voltios. 10

11. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el voltaje aplicado • a la lente convergente integrada está en el rango de aproximadamente -10 voltios a aproximadamente +200 voltios.

12. El método de conformidad con la 15 reivindicación 8, caracterizado porque el voltaje aplicado al electrodo de enfoque externo está en el rango de aproximadamente -1500 voltios a aproximadamente +5000 voltios . •

13. El método de conformidad con la 20 reivindicación 8, caracterizado porque el voltaje aplicado al electrodo Pierce está dentro de los 150 voltios del voltaje aplicado al electrodo de enfoque integrado.

14. Una fuente de haz de electrones enfocado, caracterizada porque comprende: un cátodo de emisión por efecto de campo, el cátodo se basa en carbono: una primera capa dieléctrica en el cátodo de emisión por efecto de campo; 5 una compuerta integrada del extractor y una lente convergente integrada, la compuerta y la lente se separan ?) por una segunda capa dieléctrica y se integran monolíticamente con las capas dieléctricas y el cátodo; una lente convergente externa que tiene un 10 espesor seleccionado y una abertura a través del mismo y dispuesta a una distancia seleccionada de la lente • convergente integrada; un embudo de convergencia que tiene un espesor seleccionado y una abertura a través del mismo y dispuesta 15 a una distancia seleccionada del electrodo de enfoque externo; conexiones eléctricas al cátodo, a la compuerta y a lente integrada, a la lente externa y al embudo de convergencia. 20

15. La fuente de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque además comprende un electrodo Pierce dispuesto cerca del plano de la lente convergente integrada para conformar los campos de margen cerca del cátodo de emisión por efecto de campo.

16. La fuente de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la primera y segunda capas dieléctricas tiene un espesor en el rango de aproximadamente 1 micrómetro a aproximadamente 4 5 micrómetros.

17. La fuente de conformidad con la • reivindicación 14, caracterizada porque la lente convergente externa tiene un espesor en el rango de aproximadamente 0.3 mm a aproximadamente 1.0 mm. 10

18. La fuente de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque el embudo de • convergencia está a menos de 10 mm frente al cátodo.

19. Un método para proporcionar un haz de electrones enfocado, caracterizado porque comprende las 15 etapas de: proporcionar un cátodo de emisión por efecto de campo, el cátodo de emisión por efecto de campo tiene una región emisora continua alrededor de un eje central en la dirección del haz de electrones y se basa en carbono, una 20 primera capa dieléctrica en el cátodo de emisión por efecto de campo, o una compuerta integrada del extractor para la extracción de electrones y una lente convergente integrada para el enfoque de electrones, la compuerta y la lente se separan por una segunda capa dieléctrica y se integran 25 monolíticamente con las capas dieléctricas y el cátodo, proporcionar una lente convergente externa, la lente externa tiene un espesor seleccionado y una abertura a través del mismo y dispuesta a una distancia seleccionada de la lente convergente integrada, un embudo de 5 convergencia y las conexiones eléctricas; conectar el cátodo a tierra; y • aplicar voltajes seleccionados a la compuerta integrada y a la lente integrada, la lente convergente externa y el embudo de convergencia para producir un haz de 10 electrones enfocado.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el voltaje aplicado a la compuerta del extractor está en el rango de aproximadamente 20 voltios a aproximadamente 120 voltios. 15

21. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el voltaje aplicado a la lente convergente integrada está en el rango de aproximadamente -10 a aproximadamente +200 voltios.

22. El método de conformidad con la 20 reivindicación 19, caracterizado porque el voltaje aplicado al electrodo de enfoque externo está en el rango de aproximadamente -1500 voltios a aproximadamente +5000 voltios .

23. El método de conformidad con la 25 reivindicación 19, caracterizado porque el voltaje aplicado al electrodo Pierce está dentro de los 150 voltios del voltaje aplicado al electrodo de enfoque integrado.