铁电阴极前电极表面等离子体横向扩散速度估算

分析了激励脉冲电压作用下铁电阴极电容的变化,即等离子体沿着铁电阴极前电极表面扩散而引起电容变化;建立了激励脉冲电压作用下铁电阴极等效电容模型并推导铁电阴极前电极表面等离子横向扩散速度表达式。采用传统固相烧结工艺制备的掺镧锆锡钛酸铅反铁电陶瓷作为阴极材料,通过测量激励脉冲电压作用下铁电阴极两端的电压及充放电电流,计算得到掺镧锆锡钛酸铅陶瓷表面等离子体横向扩散速度为1.89106 cm/s。     

铁电阴极相对论行波管初步研究

 研究了铁电材料的电子发射特性,根据实验和数值模拟结果给出了铁电发射特性的定性解释,并指出目前的几种铁电发射理论都不足以完备地解释各种实验现象。设计了Pierce型铁电阴极电子枪,实现了束流的二级压缩,其总束流大于100 A。在此基础上,分析和设计了具有盘荷波导慢波结构的相对论行波管,得到了带宽500 MHz,增益约25 dB的X波段行波放大输出。     

铁电阴极相对论行波管初步研究

研究了铁电材料的电子发射特性,根据实验和数值模拟结果给出了铁电发射特性的定性解释,并指出目前的几种铁电发射理论都不足以完备地解释各种实验现象。设计了Pierce型铁电阴极电子枪,实现了束流的二级压缩,其总束流大于100 A。在此基础上,分析和设计了具有盘荷波导慢波结构的相对论行波管,得到了带宽500 MHz,增益约25 dB的X波段行波放大输出。     

大电流稳定发射铁电阴极的模拟与实验研究

讨论了铁电阴极的发射机理, 借助MAFIA对不同电极结构的铁电阴极表面电场分布进行了模拟计算. 计算中发现, 发射面电极结构对铁电阴极表面三界点处的场增强效应影响很大,特别是具有孤岛电极结构的铁电阴极具有更大的三界点场强,从而获得更大和更稳定的发射电流. 通过对电极结构及其工艺的改进,使用PLZT铁电阴极在实验中得到了大于100A的电流.     

铁电阴极电子枪的初步实验研究

 设计加工了铁电阴极电子枪,给出了模拟计算及其初步实验结果。电子枪为皮尔斯枪型,采用顺电相陶瓷Ba0.67Sr0.33TiO₂作为铁电阴极材料,电子枪电压脉宽80 ns,幅值最大可达80 kV,设计电子枪导流系数为0.15×10^-6 A·V^-3/2。电子枪电压从30 kV逐步增大到56 kV,测量到其发射电流从0.7 A逐步增大到2.5 A。根据实验结果拟合得到的电子枪导流系数为0.2×10^-6 A·V^-3/2,与设计基本符合。     

铁电阴极电子枪的初步实验研究

设计加工了铁电阴极电子枪,给出了模拟计算及其初步实验结果。电子枪为皮尔斯枪型,采用顺电相陶瓷Ba0.67Sr0.33TiO2作为铁电阴极材料,电子枪电压脉宽80 ns,幅值最大可达80 kV,设计电子枪导流系数为0.15×10-6 A·V-3/2。电子枪电压从30 kV逐步增大到56 kV,测量到其发射电流从0.7 A逐步增大到2.5 A。根据实验结果拟合得到的电子枪导流系数为0.2×10-6 A·V-3/2,与设计基本符合。     

铁电阴极制备与性能实验研究

讨论了不同发射机理对铁电阴极材料性能的要求,对PZT（锆钛酸铅）系铁电陶瓷工艺过程中的关键步骤进行了研究。通过掺杂改性和改进预烧条件等手段,有效地改善了材料的性能参数,制备出相对介电常数大于3 000的弛豫相铁电陶瓷和压电常数大于500×10-12C/N的铁电相铁电陶瓷。在初步的发射实验中,使用改进工艺后的PLZT8/65/35制备的铁电阴极,触发脉冲5.4 kV时,获得的发射电子电流密度达到800 A/cm2/sup>,远大于C-L定律计算的发射电流。     

铁电阴极制备与性能实验研究

 讨论了不同发射机理对铁电阴极材料性能的要求,对PZT（锆钛酸铅）系铁电陶瓷工艺过程中的关键步骤进行了研究。通过掺杂改性和改进预烧条件等手段,有效地改善了材料的性能参数,制备出相对介电常数大于3 000的弛豫相铁电陶瓷和压电常数大于500×10^-12C/N的铁电相铁电陶瓷。在初步的发射实验中,使用改进工艺后的PLZT8/65/35制备的铁电阴极,触发脉冲5.4 kV时,获得的发射电子电流密度达到800 A/cm^{2/sup>,远大于C-L定律计算的发射电流。}     

铁电介质阴极电子枪

给出并分析了铁电介质阴极电子枪的初步数值模拟和实验结果。实验表明其发射电子密度可达110A/cm2。该种电子枪产生的电流密度大于阴极发射电子初始能量为零时的空间电荷限制电流,PIC数值模拟结果表明可以通过给发射电子赋予一定的初始能量来解释这一现象,理论分析认为铁电介质阴极发射电子具有初始能量是合理的。     

铁电介质阴极电子枪

 给出并分析了铁电介质阴极电子枪的初步数值模拟和实验结果。实验表明其发射电子密度可达110A/cm²。该种电子枪产生的电流密度大于阴极发射电子初始能量为零时的空间电荷限制电流,PIC数值模拟结果表明可以通过给发射电子赋予一定的初始能量来解释这一现象,理论分析认为铁电介质阴极发射电子具有初始能量是合理的。     

掺镧锆锡钛酸铅陶瓷极化强度变化量对电子发射电流强度的影响

铁电阴极因其优异的电子发射性能在高功率微波管的电子束源、平板显示技术以及宇航推进器等领域 有着广阔应用前景而日益受到人们的重视.大量研究表明,铁电阴极电子发射性能受阴极材料性能的影响. 在激励电场作用下,铁电阴极材料会产生表面非屏蔽电荷而引起极化强度的变化, 这表明铁电阴极电子发射性能可能与阴极材料的极化强度变化量存在着某种关系. 为研究阴极材料极化强度变化量对铁电阴极电子发射性能的影响,以掺镧锆锡钛酸铅铁电和反铁电陶瓷样品 作为阴极材料,通过正半周电滞回线测试得到阴极材料在不同电场强度下的极化强度变化量, 测量得到电子发射电流强度随激励电场的变化曲线,并分析了电子发射电流强度与极化强度变化量的关系. 结果表明,两种样品电子发射电流强度与极化强度变化量正相关.     

Development of a ferroelectric cathode diode

As a promising kind of high current cold cathode, the Ferroelectric Cathode （FEC） has several significant advantages, such as a controllable trigger time, lower vacuum requirement and large emitting area fabricability. The emitting current density of the FEC fabricated at Tsinghua University was more than 200 A/cm^2. In order to make the ferroelectric cathode into practical applications, a high current density diode using a ferroelectric cathode was designed, based on the PIC simulation. The performance of the FEC diode was investigated experimentally. When the applied diode voltage was 60 kV, a current density of more than 250 A/cm^2 was obtained, and the current density distribution was also measured.     

Development of a ferroelectric cathode diode

As a promising kind of high current cold cathode,the Ferroelectric Cathode(FEC)has several significant advantages,such as a controllable trigger time,lower vacuum requirement and large emitting area fabricability.The emitting current density of the FEC fabricated at Tsinghua University was more than200 A/cm2.In order to make the ferroelectric cathode into practical applications,a high current density diode using a ferroelectric cathode was designed,based on the PIC simulation.The performance of the FEC diode was investigated experimentally.When the applied diode voltage was 60 kV,a current density of more than250 A/cm2 was obtained,and the current density distribution was also measured.     

Insight into influence of thermodynamic coefficients on transient negative capacitance in Zr-doped HfO2 ferroelectric capacitors

We study the influence of the thermodynamic coefficients on transient negative capacitance for the Zr-doped HfO₂ (HZO) ferroelectric capacitors by the theoretical simulation based on the Landau-Khalatnikov (L-K) theory and experimental measurement of electrical properties in the resistor-ferroelectric capacitor (R-FEC) circuit. Our results show that the thermodynamic coefficients α, β and γ also play a key role for the transient NC effect besides the viscosity coefficient and series resistor. Moreover, the smaller coefficients α and β, the more significant the transient NC effect. In addition, we also find that the thermodynamic process of transient NC does not obey the generally accepted viewpoint of Gibbs free energy minimization.