[发明专利]一种栅控行波管栅极的制作工艺及其模压磨具

说明书

技术领域

本发明属于微波真空电子器件领域，特别涉及一种栅控行波管栅极的制作工艺及其模压磨具。

背景技术

行波管是一种利用高速电子注与微波信号互作用将电子注的动能转化为微波能量的功率放大器件。行波管的应用范围十分广阔，几乎所有的卫星通讯都使用行波管作为末级放大器。在大多数雷达系统中都要使用一只或若干只行波管作为产生高频发射脉冲的大功率放大器。行波管按工作方式一般分为连续波行波管和脉冲行波管两大类。

以脉冲方式工作的行波管可以采用控制阴极电压的方法来实现对电子注的调制，称为阴控。阴控需要配备大功率调制器，设备笨重、复杂，而且耗电量大。亦可用附加调制阳极对电子注进行控制，称为阳控。阳控所需脉冲电压也比较高。同样可在阴极与阳极之间装一个控制栅便构成栅控电子枪，构成栅极控制。栅极控制，仅用较低的脉冲电压即可对电子注进行控制，因而能减小调制器体积、重量和耗电量。采用栅极控制的行波管应用更广泛。

采用栅极控制的行波管，当在栅极加负脉冲截断注电流时，如果栅极本身在高温作用下发射电子，行波管将无法实现对电子注电流的完全截至。这些无法截获的微小注电流穿过行波管时会产生不希望的信号和干扰噪声，最终影响行波管的性能。为解决栅发射的问题，栅极一般需要采用高逸出功的材料制成，这样即使在高温作用下，栅极本身不会发射电子，不会对行波管的性能产生影响。目前通常采用逸出功高的钼材料作为行波管的栅极，即使钼制作的栅网本身温度很高，纯钼电子的发射亦可忽略不计。不过，当来自阴极的钡和钡的蒸发物沉积在钼栅网上时，由于钡本身的逸出功比较小，钡及其蒸发物沉积在钼栅网后，钼栅网的逸出功就会下降到足以引起栅发射的地步。

为了抑制栅发射，必须在钼栅网表面增加覆盖层，即便来自阴极的蒸发物沉积在栅网上时，所采用的覆盖层能有效防止栅网逸出功的下降。但由于在钼基底上增加覆盖层是一件复杂的工作，在覆盖层附着不牢固时，附着在栅网上的覆盖层在高温和电子轰击下容易出现飞溅，或者随着工作时间的延长，覆盖层吸收的含氧量逐渐增加，它的性能下降，最终将导致行波管出现栅发射。

发明内容

本发明的目的是提供一种栅控行波管栅极的制作工艺及其模压磨具，由此制作出的栅极能解决栅控行波管的栅发射问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

利用逸出功大、熔点及沸点高、密度大、稳定性强的金属铪直接制作栅极。摒弃电火花制作行波管栅极的工艺，采用先进的光刻工艺制作栅极。

铪是银灰色有光泽的金属，熔点2227℃，沸点4602℃，密度13.31克/立方厘米。致密的金属铪性质不活泼，表面易形成氧化物覆盖层，在常温下很稳定。

所述的栅控行波管栅极的制作工艺流程如下：

表面清洁处理→表面涂感光胶→表面干燥处理→照相曝光→显影→表面干燥处理→刻蚀→去胶→模压成形→去应力退火。

具体为：

a.表面清洁处理

为了保证感光胶与铪金属基底之间有良好的结合牢固度，必须对铪金属基底进行仔细彻底的表面清洁处理，可用下列工序达到彻底的清洁效果：①用乳膏状的MgO在铪基底表面均匀涂擦以去除和吸附基底表面杂质粘接物；②用CrO₃及H₂SO₄配置成1∶1的溶液，将涂擦后的栅网浸洗20～30秒；③将浸洗后的栅网取出后放入丙酮溶液中清洗脱水3分钟；④取出脱水后的栅网，用干燥空气吹干表面上的丙酮；

b.表面涂感光胶

将表面清洁干净的栅网放置在高速旋转的甩胶机旋转台上，抽真空，向栅网表面滴上感光胶，胶层厚度控制在0.8～0.9um，这一厚度必须严格控制，因为膜厚太薄就起不到保护作用，而膜太厚就会导致曝光不彻底；

c.表面干燥处理

目的是使感光胶能牢固的粘附在基片上使得在整个操作过程中感光胶不脱落，在温度为90±2℃的环境中保温15min进行干燥处理；

d.照相曝光

在紫外光照射下曝光，曝光时间为60秒；

e.显影

将3％的NaP溶液加热到190±2℃，将曝光好的栅极浸泡其中10分钟进行显影；

f.表面干燥处理

目的是使显影后的图案能够牢牢的依附在铪基片上，使在下一步刻蚀中不会因为刻蚀液和铪基片的剧烈反应而脱落。因此本工序的温度应该比c工序的温度高，而且时间要长一些，在温度为120±2℃的环境中保温25min进行干燥处理；

g.刻蚀