Существование индивидуального геттера, вообще говоря, не в любом случае. В случае, если света очень прекрасно обезгажена и в случае, если, вдобавок, она содержит подробности из титана (которые сами работают как геттер), то можно быть. И обходятся – в лампах вида «нувистор» геттера как отдельной части нет.

Однако нам еще осталась морока с большим усилием… Когда на лампу начнут ставить все более и более великое напряжение, то будут идти пробои – броски тока с последующим (в случае, если цепь не отключить) расплавлением электродов лампы. Посмотрим, почему и как это происходит.

В случае, если на поверхности электрода есть частица или слабо держащийся кусочек материала, он отрывается, летит к противоположному электроду (кусочек заряжен, и поле его ускоряет), врезается в электрод, как метеор, испаряется и заполняет размер блока паром. В случае, если на электроде есть острие, на нем интенсивность поля оказывается слишком велика, начинается автоэлектронная (полевая) эмиссия – вырывание электронов из металла электрическим полем, пучок электронов разогревает электрод, а ток, протекающий по острию, разогревает острие; где нагрев – там испарение, размер блока заполняется паром. Что так, что этак, однако в парах материала электрода и есть естественный пробой в газе. Собственно, высуньте голову в окно в удобный момент – это она и сверкнула. Только в приборе небольшая, а между армиями – большая.

Теперь лампу надо отпаять от вакуумного поста, отделить от насоса. В случае, если баллон стеклянный и откачка производилась по стеклянной трубке (штенгелю), ее нагревают. Атмосферное давление сжимает размягчившееся стекло, и трубка запаивается (правильнее было бы сказать – заваривается). После отпайки ее надо подогреть для уменьшения напряжений в стекле. В лабораториях, когда отпайка ламп производилась вручную, она считалась искусством, которое высоко ценилось (ценой в те времена было признание коллег). Неумелая отпайка могла уничтожить недельную работу.

В случае, если лампа откачивалась сквозь стальной штенгель, его откусывают. К счастью, не зубами, а специальными клещами, создающими в зоне «куса» столь великие механические напряжения, что металл течет и есть холодная сварка. Отпайка прибора от насоса и активирование катода могут делаться и в иной последовательности. В частности, при обработке маломощных приборов активирование судят после отпайки; выделяющиеся при этом газы откачивает геттер.

Потом к лампе приделывают цоколь, пишут на ней, как она называется, испытывают, измеряют ее параметры, упаковывают, везут – слышите: тук-тук, тук-тук, тук-тук – это стучат колеса. Следующий раз она увидит свет дня уже тогда, когда упаковку вскроют, а ее вставят в устройство – и стартует ее трудовая биография. Те, кто делал электронную лампу, надеялись, что эта биография будет бесконечной – и лампа постарается не обмануть их ожидания.

Чем она будет делать? Как уже говорилось, за лампами осталось несколько областей приложения. Вперед всего – приборы на большие усилия и токи, массивные аппараты. Естественно, соединяя полупроводниковые приборы последовательно и параллельно, можно поставить схему, имеющую подходящие размеры. Однако это будет уже не небольшой изящный прибор, а большая, дорогая и, может быть, менее убедительная схема. Выбор решения осложнен тем, что очень больших приборов постоянно приходится немного, а работа такого электронного прибора – действие очень дорогое. В итоге оказывается стоит меньше предпринять более дорогую схему, чем создать более плохой инструмент. И на Западе, и в СССР были созданы электронные лампы с напряжениями в сотни киловольт и токами в сотни ампер. Однако массового распространения они не получили.

Другая сторона использования, в которой дело ламп, по-видимому, более основательно – это генерация электромагнитных волн высоких частот: радиолокация, ускорительная техника и микроволновые печи. И есть, по крайней мере, еще две картины, в которых света отчетливо выигрывает у транзистора – высокие температуры и сильная радиация. Однако в технике редко случается, что нет альтернативных решений. Ради защиты от больших температур существуют холодильные инсталляции, для защиты от излучения – экраны. Какое-нибудь решение будет найдено, находится в зависимости от реальной ситуации: нужных параметров изделия, сроков и стоимости работы. Однако в любом случае грамотный выбор решения требует не только глубокого знания той или иной области техники, однако и – что бывает, к сожалению, нечасто – широкого технического кругозора.

Ради творчества электронного потока катод должен эмиттировать, а для этого света не должна находиться уж очень грязной. Поэтому суд очистки лампы электронной бомбардировкой – отчасти саморегулирующийся. В случае, если грязи идет очень много, эмиссия катода уменьшается. Из этого сейчас следует, что есть хороший режим, однако его построение – великое искусство, вопрос чутья технолога. Одна из главных идей очистки лампы – грязь не надо гнать с электрода на электрод. Очистка всех деталей должна принять одновременно. В технике электронных ламп стараются чистить все электроды лампы одновременно, причем по возможности по всей площади.

Так как очистка всех частей и глубокая складка – большие трудности, то в технике электронных ламп известны по крайней мере два способа, позволяющих предпринять более чистой лампу, собранную из грязных деталей. Во-первых, это прогрев лампы при прокачке через нее водорода, имитация отжига в среде водорода. Во-вторых, это зажигание в свете газового разряда, очистка электродов бомбардирующими их ионами, аналогично очистке в газовом разряде, применяющейся в полупроводниковой технике для обработки подложек перед напылением. Разумеется, откачка ламп при их прогреве – это также и очистка деталей в уже собранной лампе, однако, так как прогрев стеклянной лампы обычно делается при температуре около 400 по Цельсию, реально обезгаживается только стекло.

Деталь, которая делает на сборку и помещается в лампу в виде полуфабриката – это катод, а также все покрытия, нанесенные, как отмечено выше, с применением связок (клеев). При нагреве клей должен уничтожиться или разложиться, при этом отводится большое количество газа и очевидно загрязнение других частей. Для оксидного катода эта картина усиливается тем, что он наносится в виде кристаллов карбоната щелочноземельных металлов, а для перевода в оксиды их надо провести, разложить, откачать выделяющуюся смесь оксидов углерода, которая сначала же, может окислить детали лампы. Создание такого режима нагрева катода, т.е. зависимости температуры от времени, чтобы клей не разлагался, а испарялся, а карбонаты разлагались, однако не окисляли – предмет многих научных публикаций, объект стараний поколений технологов и их головная боль.

После того, как лампа в основном обезгажена и даже катод превращен в оксиды, наступает момент активирования катода и обработки геттера. Активирование катода – это тайный ход, при котором в результате нагрева, отбора с него тока и химического взаимодействия оксида с активными присадками к материалу керна (основы, на которую нанесен тройной оксид бария-стронция-кальция) в покрытии появляется некоторый недостаток кислорода (отклонение от стехиометрии). В результате катод становится катодом – у него растет эмиссия и проводимость.

Процесс обработки геттера смотрится по-разному, в зависимости от того, распыляемый или нераспыляемый геттер применен в лампе. Нераспыляемый – это кусочек пористого титана или какого-либо сплава, прекрасно поглощающего остаточные газы и поддерживающего вакуум в лампе (как бы мы прекрасно ни обезгаживали, при работе лампы вакуум в ней может и ухудшаться). Такой геттер начинает действовать после кратковременного нагрева, при котором имеющийся на его поверхности кислород продиффундирует вглубь, освободив место для новых атомов, прилетающих из объема прибора. В случае, если же геттер распыляемый, то его тоже надо провести, однако с другой целью. При нагреве в геттерной смеси из нее выделяется барий, который напыляется на стекло. Вот эта оболочка бария – «геттерное зеркало» и есть та деталь, которой не было при сборке лампы.

В отличие от спая металл-стекло, который по существу производится путем оплавления металла стеклом, соединение металла и керамики так получить невозможно – керамика тугоплавка. Затем снова ее металлизируют, нанося на поверхность металлический порошок или соединения и расплавляя их. При этом за счет диффузии и реакций образуется промежуточная область. А уже потом паяют керамическую металлизированную деталь и собственно металлическую.

Можно, впрочем, обойтись и без металлизации. При так именуемой «активной пайке» среди глиняной и металлической деталью прокладывают фольгу из титана, потом данный набор сжимают и нагревают. Промежуточная область образуется при взаимодействии, и части соединяются. Заметим, что в электронике – как и вообще в жизни – более низкая на вид технология вызывает более высокой технологической культуры и она более «строга», т.е. требует высокой стабилизации параметров. Поэтому попытки заимствования «простых» технологий не всегда происходят успешны.

Наконец, металл с керамикой (впрочем, и стекло со стеклом), можно связать с помощью пайки, однако не металлическими припоями, а легкоплавкими стеклами, или «глазурями» – фантазия технологов неисчерпаема. Особенно, когда часто являются конструкторы с очередными безумными идеями. Проблема взаимодействия коэффициентов термического расширения особенно велика, в случае, если один из соединяемых материалов хрупок: к примеру, при спаивании металла со стеклом. В частности, для согласования с теми или другими видами и группами сортов стекла разрабатывались специальные сплавы. А порой разрабатывались стекла, надежно спаивавшиеся с каким-то конкретным металлом. А на какие большие ухищрения следовало идти, чтобы спаять, к примеру, германий со стеклом, сапфир со стеклом или кварц со стеклом. У вас не екнуло сердце? У кварца термическое расширение на порядок меньше, чем у стекол, и технологам пришлось создать ряд из приблизительно десяти стекол, которые соединялись так: первое с кварцем, второе с первым и так далее – до последнего, которое спаивалось с обычным электровакуумным стеклом.

А вот еще небольшая одиссея: в древности вводы в стекло делали из платины, подобрали стекла, которые с ней ладно спаиваются, и привыкли к ним. Однако рано или поздно, а от платины пришлось отступать. И придумали вводы из «платинита» – проволоки из сплава Н42 (42% никеля, остальное – железо), покрытой медью, причем толщина меди подбиралась так, чтобы у этой композитной проволоки развитие было, как у платины.

Итак, лампа собрана и надо заниматься ее обработку. Ради этого, разумеется, недостаточно выкачать из нее воздух и запаять пустую трубку (штенгель), по которой выходила откачка (или перекусить, сварив холодной сваркой – металлическую). Даже в случае, если лампа собрана из парадных частей, то они чистые «не в том смысле», в котором должны находиться чистыми в лампе. А некоторые – даже очень грязные, и вообще – они еще не детали, а полуфабрикаты. А одной части в лампе при сборке легко нет. Позднее мы узнаем, откуда она возьмется.

Как бы ни была здорово очищена деталь до сборки, после нее она оказывается грязнее. И пусть забавляются лампы в капроновых перчатках, и пусть забирают девочек-монтажниц по сопротивлению кожи потных рук (что связано и со степенью влажности и с концентрацией ионов), однако все равно – после установки надо бить. Вдобавок, в печи деталь нагревается и обезгаживается не так, как в лампе. Во-первых, не при тех температурах – обычно при более великих, однако не всегда. Во-вторых, в лампе нагрев неравномерен. И, наконец, в лампе нагрев производится не только нагревателем и излучением катода, однако и электронным потоком, который отделяет оксиды на поверхности частей. В печи его нет, значит – убирать придется в собранной лампе.

Теперь мы приступим к сборке. На заре эпохи электронных ламп, ¾ столетия назад, для работы в зоны крупных мощностей применялись разборные лампы, работавшие с постоянной откачкой. Стучал насос, радиоволны неслись в эфир. Сейчас все лампы – неразборные и соединения в них делаются, обычно, неразборными. Только в мощных лампах – и то нечасто – части составляют винтами; впрочем, поверх головок все равно приваривают накладки, исключающие ослабление и отвинчивание винтов. Лампа – не картофелеуборочный комбайн, в нее с гаечным ключом не залезешь. В маломощных лампах основной способ соединения деталей – контактная электросварка, называемая часто точечной сваркой; используется также лазерная сварка. В мощных лампах существует еще и аргонно-дуговая сварка, она дает вакуумно-плотный шов и потому может применяться для соединения деталей оболочки лампы.

Сварка – это такой метод формирования деталей, когда расплавляется материал обеих соединяемых деталей. В случае, если факты остаются твердыми, а промежуток между ними заполняется жидким металлом, который застывает, – это пайка. В случае, если же расплавляется один из материалов, это называется пайка оплавлением. До сего времени мы говорили о соединении металл-металл. При соединении металлов с диэлектриками сварка – в обычном ее виде – не используется, потому что температура плавления керамик гораздо выше температур плавления большинства металлов и, вдобавок, при плавлении керамики разлагаются. Стекло же плавится легко, однако – наоборот, очень легко – металлы же, с которыми соединяют стекло, плавятся при более великих температурах. Т.е. это пайка оплавлением, причем плавится стекло.

А зачем вообще при пайке оплавлением расплавляют один из соединяемых материалов? Чтобы сблизить соединяемые материалы. Однако можно и не плавить – нагреть и резко сократить. За счет пластичности нагретых материалов они сблизятся на атомные расстояния, и диффузия, ускоренная нагревом, перемешает их. Такой порядок формирования называется термокомпрессионной сваркой. Слово «сварка» тут абсолютно не к месту, однако такова традиция.

Нередко говорят, что те или некоторые факты соединить можно или нельзя. Хоть говорить некорректно – ибо соединить можно любые факты. Вопрос в том, какую крепость будет быть такое соединение. Тем более, что помимо внешних усилий (лампы роняют), имеются еще и внутренние, возникающие из-за различий в термических расширениях. В самом деле, все эти пайки – сварки изготавливаются при высоких температурах. Потом мы прибор охлаждаем, и в случае, если соединенные при высокой температуре материалы по-разному укорачиваются при охлаждении, то в соединении появляются температурные напряжения.

Потому вопрос о соединении – это вопрос о согласовании расширений, о появляющихся в соединении усилиях и о прочности тех соединений, которые происходят в сварной зоне или в зоне диффузии припоя и материала частей друг в друга. В случае, если рассказывают, что 2 металла хорошо сочетаются, это обозначает, что возникающие в зоне их взаимодействия соединения не хрупки и прочны.

А еще в иных случаях в сфере притяжения образуются легкоплавкие соединения. Автору этой части понадобилось как-то распылить в вакууме никель. Он взял титановую фольгу, вырезал ленточку, закрепил ее в вакуумной камере, положил на ленточку квадратик из никелевой фольги и принялся ругать титан, пропуская по нему ток. И в какой-то момент с ужасом понял, что никель исчез, а в титановой ленте зияет аккуратное квадратное окно. Как квадратное окно в облаках у Стругацких, в «Гадких лебедях». При 955 по Цельсию в зоне контакта титан-никель началось плавление интерметаллида и расплавившаяся зона молча капнула вниз.

Сам порошок может наноситься несколькими путями, различающимися тем, в какой среде располагаются перед нанесением частицы порошка – в газе или жидкости – и под действием которых тем они приближаются к поверхности – электрических, гравитационных или упругих. К примеру, из суспензии в жидкости под действием электрических сил – это электрофорез, когда заряженные частицы движутся к детали, на которую подается потенциал. Из жидкости под действием гравитации – это легко осаждение, так наносят в основном люминофорное покрытие на кинескопы. Из жидкости под действием сильных сил – это распыление или намазка суспензии. Из газа под действием электростатических сил – это так называемое электростатическое напыление, вообще применяемое в технике для нанесения красок. Чтобы порошок, попавший на поверхность, не осыпался с нее сразу, а дождался начала суда спекания, к суспензии часто включают органические вещества с большой адгезией, клеи, испаряющиеся или разлагающиеся в процессе спекания.

По данным технологиям наносят покрытия почти всех типов – перечислим их. Проводящие покрытия из крошечных частиц графита на баллонах кинескопов и электронных ламп. Полупроводящие покрытия из частиц оксидов хрома, железа и марганца для выравнивания потенциалов в высоковольтных электронных приборах. Геттерные покрытия из частиц активно взаимодействующих с остаточными газами металлов для поглощения газов внутри лампы. Изоляционные покрытия из частиц оксида алюминия на подогревателях. Люминесцентные покрытия в кинескопах и – кто помнит? – лампах-индикаторах настройки («кошачий глаз», серия Е). Эмиссионные покрытия оксидных катодов из оксидов щелочноземельных металлов и покрытия из металлических, в основном, никелевых частиц, на которые постоянно и наносится собственно эмиссионное покрытие. И наконец, покрытия из частиц оксидов магния и алюминия на слюдяных изоляторах в лампах. Зачем же наносить изоляционное покрытие на изолятор? – поразитесь вы. Однако его наносят не для изоляции, а для того, чтобы слюда была грубой. А зачем ей быть грубой? – еще побольше поразитесь вы – ведь она в вакууме ни обо что не трется, это же не тормозные диски для Чероки! Шероховатость нужна для того, чтобы напыляющиеся на слюду при работе лампы металлические оболочки не сумели стать сплошными, проводящими и закоротить зазор.

Теперь, когда все детали произведены и молча лежат в эксикаторах с обеспыленной и высушенной средой или, пуще того, в вакуумных шкафах, из которых откачан воздух, чтобы детали не окислялись, окинем их взглядом: катоды с эмиссионным покрытием; сетки из проволоки с антиэмиссионным покрытием, намотанной на траверсы (стойки) или, для ламп с планарной геометрией – на рамки; подогреватели, покрытые изоляцией; аноды, штампованные из черненного тонкого листового металла – для места среди лампы и охлаждения излучением – или большие медные, составляющие часть кожи лампы и предназначенные для воздушного или водяного охлаждения; всяческие изоляторы из слюды или в мощных лампах из керамики, чтобы стабилизировать состояние подробностей про друг друга; оболочки ламп или, точнее, заготовки оболочек из стекла или порой, в частности, для сильных ламп, из керамики; вводы, которые находятся впаяны в стекло и начнут приносить в лампу и из лампы электроны; и, наконец, газопоглотители или геттеры, которых, впрочем, может и не быть (об этом дальше), а в случае, если они есть, то они могут быть в виде покрытий на других частях и в виде специальных деталей – нераспыляемых геттеров или распыляемых – они при обработке лампы будут проведены и напылят на стекло слой бария, который и будет брать потом остаточные газы.

В случае, если же материал деформирован в упругой области и форма его стабилизирована какой-то технологической оснасткой (к примеру, на оправку навита проволока – мы собираемся сделать пружину), то отжиг нужен для снятия напряжений. Иначе проволока после получения с оправки благополучно раскрутится, и вместо пружины мы получим проволокой по носу, и прекрасно, в случае, если не по глазам. Автор это проходил…

Другой процесс, который также имеет в электронике свою специфику, – это процесс построения покрытий. Вообще в технике покрытия используются чаще всего для увеличения коррозионной стойкости, трения, коэффициента излучения и твердости, уменьшения трения, коэффициента излучения и износа. Т.е. детали и устройства в целом работали бы и без покрытий, однако хуже, и скорей пошли бы из строя. В отличие от этого в технике электронных ламп покрытия, обычно, и кажутся тем, что работает, несет важную работу. Покрытия экранов кинескопов испускают свет – без них кинескоп не работал бы вообще. Катодные покрытия эмиттируют, изоляционное покрытие на подогревателе изолирует его от катода – без них лампы не будут делать. Поэтому в технике электронных свет было бы порой разумнее говорить не о покрытиях на деталях, а о деталях, которые живут лишь для того, чтобы на них умели быть покрытия.

Разумеется, в технике электронных ламп могут существовать все обычные покрытия – к примеру, медные радиаторы вполне могут снабжаться покрытиями, предохраняющими их от ржавчины или увеличивающими проводимость (в области высоких частот, когда токи протекают по поверхности). Внутриламповые подробности могут иметь покрытия, уменьшающие коэффициент излучения (для увеличения экономичности) или увеличивающие его для охлаждения соответствующих частей. Все остальные покрытия, которые мы рассмотрим, специфичны для электровакуумных приборов, причем многие из них наносится по специфической, применяемой в основном в этой страны, технологии.

По обычным технологиям наносится в основном 2 вида покрытий. Антиэмиссионные покрытия на сетках ламп (золото, серебро, сплав олово-никель, титан и др.), предназначенные для повышения производительности выхода сеток при попадании на них с катода бария или тория наносят либо гальванически, либо протягиванием проволоки для сети через расплав того металла или сплава, который надо сделать. Полупроводящие прозрачные покрытия из оксида олова получают либо пиролизом паров хлорида олова либо осаждением из раствора хлорида олова (стекло с таким покрытием можно нагревать пропусканием тока, к примеру, чтобы оно не обледеневало).

Много тем и времени было истрачено на поиск материала и конструкции окон, допускающих вывод больших способностей. Рекорд мощности клистрона 30 мегаватт (импульсная мощность, при длине импульса несколько микросекунд) продержался около 20 лет. Однако в 1983 году в Стэнфордском университете был создан клистрон мощностью 50 мегаватт, а еще выше 2 года там же американские и японские профессионалы сделали клистрон мощностью 150 мегаватт. Помимо всего прочего, был большим выбор антиэмиссионного покрытия для окна результата деятельности (помните – вторичноэлектронный разряд?).

Остальные процессы нанесения покрытий в технике электронных ламп строятся по следующей таблице: на поверхность наносится порошок вещества, которым мы собираемся убить поверхность, а поэтому часть нагревается так, чтобы произошло «спекание» – срастание частиц друг с другом и с поверхностью путем взаимной диффузии. Точка соединения обычно невелика, и покрытие получается пористым. Для эмиссионных и геттерных покрытий это нужное положение работоспособности, для прочих оно допустимо. Обеспечить же высшую степень спекания нельзя поэтому, что для такого соединения нужна либо недопустимо большая температура, либо давление, что обычно неудобно технологически.

В диэлектриках газы могут проникать и в виде молекул, поэтому выделяющиеся из стекол и керамик вода и углекислый газ – не продукт реакций, а их собственные, имевшиеся в объеме вода и углекислый газ. Ради уничтожения примесей в печи должна находиться среда, концентрация загрязнений в которой довольно мала. Иначе загрязнения будут не удаляться из деталей, а насыщать их. Отжиг в вакууме приходит первым приходящим в голову решением. Однако это неудачное решение: получить в большой плиты, набитой грязными (по меркам электроники) деталями, такой вакуум, какой нужен в лампе, – серьезная проблема. Поэтому чаще отжигают в водороде, который заодно восстанавливает оксидные пленки. Правда, при этом водород проникает в другие металлы; само по себе это не очень серьезно – при обработке уже собранной лампы водород относительно свободно оставляет детали и откачивается насосами. Однако нельзя отжигать в водороде металлы, активно поглощающие водород – при поглощении ими водорода они становятся мягкими.

Помимо того, проникновение водорода в металл опасно, к примеру, в случае, если проникший в глубь металла водород соединяется с кислородом, получившиеся водяные пары разрывают металл. Называется это явление «водородная болезнь». Поэтому, к примеру, в случае, если применяют медь и предполагают позднее отжигать детали в водороде, то берут металл с низким содержанием кислорода (бескислородную медь). Помимо водорода, детали отжигают в аргоне, а порой в смесях инертного и восстанавливающегося газов.

Отжечь детали так, чтобы они стали больше «снаружи и изнутри» – трудная задача. В этой страны сделано множество исследований, опубликовано немало душ, а в книгах по технологии электронных ламп отжигу отводится обычно очень видное место. Температура, время, состав газа, скорость протока, загружаемые детали – их количество, материал, размещение – все воздействует на результат, часто непонятным и неожиданным образом. Загрязнения переносятся при отжиге с некоторых деталей на другие; несмотря на избыточное давление, в печь проникают атмосферные газы; лампы, собранные из более внимательно очищенных деталей оказываются грязнее собранных из менее очищенных. Эти и десятки других загадок, успешные и тщетные попытки их решения – вот что такое повседневная работа технолога.

Что же до ситуаций, когда хорошо начищенные детали хуже очищенных плохо, то причина такова: при наиболее точной очистке поверхность части оказывается химически слишком энергичной и мгновенно окисляется при извлечении деталей из печи. В случае, если же очистка производилась не столь «зверски», то слегка окисленные детали далее окисляются уже еле. Отсюда видна важность темы хранения; и в самом деле, в технике электронных ламп это – личная проблема. Есть специальная тара для хранения и перевозки деталей, их хранят в осушенной и очищенной от пыли среде, а порой в среде инертного газа или в вакууме.

Отжиг используется в технологии электронных ламп не только для очистки, он еще существует для восстановления исходной, равновесной кристаллической структуры, изменившейся при механической обработке. При многих вариантах механической обработки, особенно при вытяжке и иной пластической деформации, есть развитие количества дислокаций (нарушений кристаллической решетки) и изменение размера кристаллов – удлинение в направлении деформации. У такого факта меняются свойства – механические, электрические, химические. В частности, у него становится менее способность изменяться – она уже частично (или полностью) израсходована. Ради восстановления исходных свойств и, в частности, для возможности последующей деформации надо сократить количество дислокаций и измельчить вытянутые кристаллы. Это и происходит при так называемом рекристаллизационном отжиге.

После того, как произведены и разложены по полкам на складе исходные материалы, начинается изготовление деталей. Для производства деталей ламп применяются те же способы, что и в технике вообще. Однако одни используются чаще, другие реже, а третьи – в каких-то вариантах или модификациях. К примеру, реже используется механическая полировка – потому что при ней в поверхность внедряются загрязнения. Вместо нее применяют химическую или электрохимическую полировку, а в случае, если надо использовать именно механический процесс – то шлифовку.

Требования к чистоте деталей в электронной аппаратуре намного выше, чем в технике вообще. Чтоб понять, почему это так – достаточно взглянуть на лампу и осознать, что в ней вакуум. В технологии электронных ламп, как и во всей технике, применяются химические способы очистки. Особое предпочтение – широкое использование ультразвуковой очистки. Очевидно, это связано легко с тем, что технология электронных ламп создавалась позднее общетехнической и впитала в себя новые (на тот момент) решения. Потом, взрастив эти определения внутри себя, она была источником этих определений для остальной техники. Позднее такая же ситуация в какой-то мере проснулась среди техникой электронных ламп и полупроводниковых приборов – вторая строилась на более перспективных видах, однако первая позднее заимствовала их, увидев, как они хороши.

Намного темнее, чем в остальной технике, применяют при изготовлении ламп для очистки отжиг. В случае, если он правильно проведен, то содержание загрязнений уменьшается не только на поверхности, однако и в глубине деталей. Там, откуда они все равно при работе лампы попали бы сначала на поверхность деталей, а потом в ее объем. Следовательно, процесс отжига в каком-то смысле имитирует разработку деталей в лампе.

При отжиге из металлов выделяется в основном водород, порой азот и кислород. Выделение воды и оксидов углерода – счет взаимодействия диффундирующих из глубины металла водорода и углерода с оксидами на поверхности, так как газы диффундируют в металлах не в виде молекул, а в виде специальных атомов. При порядочном содержании углерода желательно, чтобы металл был окислен, т.к. углерод сам по себе, без реакции с кислородом, с поверхности не удалится – он и не испаряется (при данных температурах), и в реакцию с водородом не вступает. В случае, если же оксида для окисления углерода не хватает, то металл отжигают во «влажном водороде» – смеси водорода и воды – для окисления.

Чтобы лампа реально существовала и проводила работу, мало придумать принцип ее работы и конструкцию. Лампу, как и любую вещь, надо поставить. Когда все упирается в технологию? Достаточно часто. Особенно в случае, если попробовать сделать что-то необычное – ЭВП высшей власти, КПД или частоты. Оказывается, что либо нельзя допустить такую структуру, как хочется, либо устроить можно, однако нет материалов, при применении которых все это сможет делать. Выход из положения – рождение новой технологии или новых фактов.

Собственно технология начинается с исходных материалов. Своих материалов вызывает любая отрасль техники; а специфика состоит в том, какие именно материалы и с какими именно свойствами требуются. К примеру, металл А, наиболее глубокий по примесям В, С и Д – это обычная формулировка. Однако А, В и т.д. – в каждой стороны свои. Электротехнике страшны те примеси к меди, которые подавляют электропроводность – P и Si. Технике электронных ламп страшны примеси Cd, Zn и O к меди, на электропроводность не оказывающие влияние. Ниже мы объясним, почему.

Есть требования и по структуре – факт может иметь кристаллическую структуру, и в этом эпизоде важно, какого размера эти кристаллы и как они находятся. Причем как примеси, так и структура могут существовать важны не только для работы лампы, однако и для процессов изготовления: примесь (S в меди) или структура (длинные одинаково направленные кристаллы), которые работают металл хрупким, не дадут использовать пластическое деформирование (гибку, выдавливание).

Проблемой исходных материалов для техники электронных ламп занимались целые институты, были напечатаны тысячи душ, есть и книги на эту проблему. Все это не аргумент, – скажете вы, – мало ли кто занимался чепухой, мало ли глупых книг было напечатано. Однако в самых крупных электронных фирмах были особые металлургические отделы. Те, кто делал лампы, считали нужным держать свою личную металлургию.

Многие технологические задачи сводятся к отбору материала. Причем ситуация обычно устроена так, что материал, который способен устоять более великие температуры (к примеру, тугоплавкие и прочные при высоких температурах молибден и вольфрам), будет и нагреваться сильнее (к примеру, из-за плохой проводимости и плохой теплопроводности). Чистых металлов в природе не так уж много, однако сплавов – не счесть. Вдобавок есть еще композитные материалы – к примеру, смесь (не сплав) вольфрама и меди – сочетающие высокие проводимость, теплопроводность и прочность.

Электронным лампам был последний шаг на ходу падения числа частей, и они его сделали. Посмотрим, сколько деталей в ее конкуренте – транзисторе? А это смотря в каком. В случае, если транзистор кажется частью микросхемы, то деталей в нем нет ни одной – так же как нет отдельных частей во всей микросхеме. Роль проводников выполняют напыленные пленки металлов, роль изоляторов – пленки окислов. Однако этим путем можно сделать и лампу. Первая попытка поставить лампу с ограниченным числом деталей с помощью напыления проводящих пленок основывалась на конструкции штабельной лампы. Пленки, исполнявшие роль электродов, напылялись на керамические пластины. Тем не менее в свете еще были особые детали, хотя важный шаг по пути спасения от них находился сделан.

Следующий вариант находился уже чисто пленочный. Электроны летели с пленки-катода на пленку-анод над пленкой-сеткой. Однако наиболее полезной была одна «смесь» штабельной лампы и планарной. Анодная пленка нанесена на одну керамическую пластину, а катодная и сеточная на другую. Такие лампочки были созданы в 1977 году в Лос-Аламосской лаборатории. Они способны действовать свыше 10 000 часов при температуре 500 по Цельсию и могут размещаться на подложках с плотностью 30 штук на квадратном миллиметре. Наиболее сильной задачей этих свет есть отбор фактов – при таких температурах керамика начинает понемногу взаимодействовать с металлами, да и сопротивление у керамики уже несколько уменьшается.

Пленочная методика была успешно применена и в мощных лампах. А именно: было возможным не делать сетку отдельно, а наносить на катод изолирующие полосочки, а на них – проводящие полоски, выполняющие роль сетки. Зазор катод-сетка в этом эпизоде получается малым (что повышает крутизну лампы) и стабильным. Так пленочная технология, которая взяла большое распространение благодаря развитию полупроводниковой техники, способствовала развитию параметров электронных ламп.

Однако, тем не менее, тягаться с транзисторами в области малых мощностей нувисторы не смогли, а остальные варианты не стали массовыми. Можно, естественно, пофантазировать насчет Пентиума на лампах, однако – жизнь уходила иначе. Впрочем, мне кажется, что ничего особо опасного не произошло бы – дальше были созданы холодные катоды, лампы смогли действовать бы без нагрева, пленочная технология позволила бы получить размеры в десятки микрон. Ну и был бы процессор размером с пакет молока… Между другим, переход с ламп на транзисторы повлиял на стиль создания проектов схем – лампы могли совершать глубокие изменения сигнала, на которые транзисторы, которые кажутся с точки зрения ламп «всего лишь» триодами, не способны. Тяжелые работы пришлось выполнять за счет китайской программы. Очевидно, это стимулировало развитие цифровой техники.

Третий этап, по которому может выйти техника – гибридизация приборов и решений. Скрестить электровакуумный прибор с полупроводниковым можно, в принципе, несколькими путями, и некоторые из них истины реализованы. Можно привести электронный пучок в вакууме «электровакуумными» методами, однако бомбардировать им не анод, а полупроводник, вводя в него носители заряда. Так как энергия электронного пучка может существовать слишком велика, то носителей заряда в полупроводнике на каждый падающий электрон образуются тысячи. Другой вариант гибридного прибора – это вакуумный полевой триод. Он похож на полевой транзистор, только затвор отделен не твердым диэлектриком, а вакуумом. Между другим, газоразрядный прибор тоже можно «скрестить» с вакуумным, и тоже несколькими путями.