掺杂浓度对硅锥阴极特性的影响

基于漂移扩散模型和量子理论中的WKB方法,用数值模拟方法分析了材料掺杂浓度对硅锥阴极场致发射特性及工作状态的影响,结果表明,硅锥阴极单纯的场致发射IemitE特性受硅材料掺杂浓度的影响很小.但低掺杂硅锥阴极顶端的电位随发射电流增大而明显上升.锥体上电位变化可以等效为一个与锥体形状与掺杂相关的串联电阻的作用,这一电阻对单尖发射电流有负反馈作用.另外,在常规的工作状态下,硅锥阴级的温升并不严重.这些结果可以作为硅锥阴极设计的参考. 关键词： 硅 掺杂 场致发射     

高频强电场下的等离子体X光发射增强

本文报道GaAs和Zn激光等离子体在高频强电场击穿气体从而在靶周围形成一层电子云的条件下,使等离子体高阶电离离子的X射线发射增强现象。     

Effect of metal nanoparticle doping concentration on surface morphology and field emission properties of nano-diamond films

Nano-diamond particles are co-deposited on Ti substrates with metal (Ti/Ni) nanoparticles (NPs) by the electrophoretic deposition (EPD) method combined with a furnace annealing at 800℃ under N₂ atmosphere. Modifications of structural and electron field emission (EFE) properties of the metal-doped films are investigated with different metal NPs concentrations. Our results show that the surface characteristics and EFE performances of the samples are first enhanced and then reduced with metal NPs concentration increasing. Both the Ti-doped and Ni-doped nano-diamond composite films exhibit optimal EFE and microstructural performances when the doping quantity is 5 mg. Remarkably enhanced EFE properties with a low turn-on field of 1.38 V/μm and a high current density of 1.32 mA/cm² at an applied field of 2.94 V/μm are achieved for Ni-doped nano-diamond films, and are superior to those for Ti-doped ones. The enhancement of the EFE properties for the Ti-doped films results from the formation of the TiC-network after annealing. However, the doping of electron-rich Ni NPs and formation of high conductive graphitic phase are considered to be the factor, which results in marvelous EFE properties for these Ni-doped nano-diamond films.     

硅掺杂铝镓氮薄膜场发射性能研究

利用脉冲激光沉积,分别制备了一系列不同Si掺杂浓度的铝镓氮(AlGaN)薄膜.对此薄膜进行场致电子发射测试表明,Si掺杂浓度为1％的AlGaN薄膜具有最好的场发射特性.相对于非掺杂样品,其场发射电流明显增加,场发射开启电场显著降低.掺杂带来载流子浓度的提升,为场发射提供足够的电子源,使样品的场发射性能提升.但掺杂浓度的进一步提高,薄膜缺陷增加,电子迁移率降低,其薄膜内部电子输运能力降低大于电子浓度的增加对场电子发射的贡献,导致场发射性能开始变差.     

掺杂硅纳米梁谐振频率的理论模型及分子动力学模拟

通过理论计算与模拟,研究分析了P元素替代掺杂单晶硅纳米梁的谐振频率.计算模拟了两端固支单晶硅纳米梁的谐振频率随尺寸、掺杂浓度与温度的变化.通过对计算结果与模拟结果的分析得到:单晶硅纳米梁的谐振频率随着硅纳米梁长度尺寸的增大而减小;硅纳米梁的谐振频率随着掺杂浓度的增大而增大,但变化趋势并不明显;最后考虑了温度效应,发现掺杂硅纳米梁的谐振频率随着温度的增大而减小,但从谐振频率的数值来看,硅梁的谐振频率随温度的变化趋势并不明显,即温度对硅梁谐振频率基本无影响.由此得出结论:掺杂浓度与温度对硅纳米梁谐振频率的影响很小,影响单晶硅纳米梁谐振频率的主要因素是尺寸大小,掺杂单晶硅纳米梁的谐振频率具有尺寸效应.     

纳米碳管阵列场发射电流密度的理论数值优化

以纳米碳管阵列为研究对象,利用镜像悬浮球模型及Fowler-Nordheim电流密度公式,对纳米碳管阵列的场发射电流密度进行计算,进而综合考虑场发射增强因子及场发射电流密度对纳米碳管阵列场发射性能进行定量优化.参考碳管阵列场发射电流密度最大值及场发射增强因子,表明当纳米碳管阵列间距为碳管高度十分之一时,纳米碳管阵列的场发射性能得到优化.与以前的理论估算结果相比,优化的阵列间距进一步减小.当纳米碳管间距过大,场发射增强因子增加,而场发射电流密度会在更大程度上减小;当纳米碳管密度较大时,场发射增强因子受到静电 关键词： 纳米碳管 场发射 增强因子 电流密度     

块状TiO2气凝胶的溶胶-凝胶过程及结构

对块状TiO2气凝胶的溶胶-凝胶过程及结构进行了实验研究,结果发现:增加催化剂的量,凝胶化时间缩短,湿凝胶的透明度降低,强度提高;增加前驱体的量,凝胶化时间缩短,湿凝胶的透明度变化不大,强度提高;增加水量,凝胶化时间先缩短后增加,湿凝胶透明度先减小后增加,强度先增加后减小。利用扫描电镜对超临界干燥法制备的不同催化剂量和密度的块状TiO2气凝胶的结构进行了表征,并对结构与溶胶-凝胶过程之间的联系进行了分析。结果表明:增加催化剂量,由于缩聚反应进行的程度提高,气凝胶粒子粒径较小且总的孔径较大。减小前驱体量,气凝胶粒子粒径增大且结构逐渐疏松。     

强流碳纳米管阴极快脉冲重频发射特性

在Cu基底上, 采用催化热解生长法制备了石墨化程度较高的碳纳米管阴极. 当电子束能量达到1 MeV、梯度约为60 kV/ns时, 发射束流强度达到15 kA, 相应密度约为1 kA/cm², 束压、束流响应快, 波形间几无延时. 以50 Hz重复频率、约15 GW束功率强流发射时, 波形稳定, 随着频率增高, 稳定性降低. 发射炮次达1000后, 表面形貌保持完整、界面无脱附; 束压与束流基本满足空间电荷限制定律, 发射机理属闪络型等离子体发射, 等离子体速度约为3.9 cm/μs.     

外加磁场下真空沿面闪络特性数值模拟

以单粒子模型和带电粒子运动方程为基础,采用蒙特卡罗方法,编写了真空沿面闪络过程计算程序,研究了外加磁场对真空沿面闪络过程的影响,主要是对二次电子发射及电子束的雪崩运动的影响。研究表明：外加磁场的存在,改变了绝缘体表面电子的运动,进而影响到绝缘体表面电荷的分布,从而在宏观上对绝缘体的耐受电压产生影响;外磁场抑制真空沿面闪络的效果与磁场的空间分布有关,磁场加在阴极附近时产生的效果优于加在阳极附近。     

高功率微波的远场测量

叙述了高功率微波的远场测量方法,并加以改进。采用改进后的方法对本实验室反射三极管装置所激励的高功率微波进行了测量,测得了辐射方向图,得到了辐射功率,分析了辐射模式。测量结果表明：微波辐射功率超过300MW,辐射频率为2.8GHz,微波脉宽约150ns,辐射模式包含TE11等模式。     

空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

热场致发射阴极所产生的强流电子束具有很强的空间电荷效应,为研究该效应对热场致发射过程中诺廷汉（Nottingham）效应的影响机理,在理论分析的基础上,用数值方法研究了不同逸出功和多个外加电场条件下考虑空间电荷效应对诺廷汉效应结果的影响,并与不考虑空间电荷效应时的情形进行了对比. 结果表明：空间电荷效应的强弱会显著影响到阴极表面的稳态电场,进而对诺廷汉效应产生不可忽略的影响;当逸出功在3.0–4.52 eV、外加电场在3×10⁹–9×10⁹ V/m范围内时,考虑空间电荷效应的影响后,热场致发射电子所带走的平均能量较不考虑空间电荷效应时增加0–2.5 eV,且温度越高或外加电场越大时,该增加值越大;考虑空间电荷效应对诺廷汉效应的影响后,热场致发射电子从阴极带走的平均能量随外加电场的增加呈非线性下降规律;当阴极表面温度较高时,诺廷汉效应中的冷却效应随二极管间隙距离的变大而增强. 关键词： 热场致发射 诺廷汉效应 空间电荷效应 阴极表面电场     

碳掺杂闭口硼氮纳米管场发射第一性原理研究

运用第一性原理研究了闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系（C@BNNT）的电子场发射性能.结果表明：随外电场增强,C@BNNT电子结构变化显著,态密度（DOS）向低能方向移动;碳原子的局域态密度（LDOS）在费米能级附近明显增大;赝能隙、最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙减小;体系电荷移向帽端.DOS,HOMO/LUMO及Mulliken电荷分析一致表明,与BNNT相比,C@BNNT电子场发射性能显著改善,且C@BN_moreNT性能更优. 关键词： 碳掺杂 硼氮纳米管 电子场发射 第一性原理     

爆炸电子发射初期阴极表面电场的研究

为了研究二极管爆炸电子发射初始阶段阴极表面复杂的物理现象及规律, 建立了由场致电子发射阴极构成的一维平板真空二极管物理模型,通过自行编程数值求解泊松方程, 考虑了发射出的电子对阴极表面电场的非线性影响,自洽模拟得到了阴极表面电场随时间的变化情况. 模拟结果表明,爆炸电子发射初期,阴极表面电场随时间的增加而呈现出不断振荡的规律, 且振荡幅度越来越小,最终到达一个稳态的值,二极管两极板之间的外加电场越大, 阴极表面稳态电场的绝对值越大;电场增强系数越大,阴极表面稳态电场的绝对值越大. 在整个时间演变过程中,阴极表面的实际电场强度决定着阴极发射的电流密度大小, 反过来阴极发射的电流密度又会影响到阴极表面的电场.     

甚高频电容耦合氢等离子体特性研究

采用高H₂稀释的SiH₄等离子体放电, 特别是甚高频等离子体增强化学气相沉积技术是当前高速制备优质微晶硅薄膜的主流方法. 尽管在实验上取得了很大的突破, 但其沉积机理一直是研究的热点和难点. 本文通过建立二维时变的轴对称模型,在75 MHz放电频率下, 对与微晶硅沉积非常相关的甚高频电容耦合氢等离子体放电进行了数值模拟, 研究了沉积参数对等离子体特性的影响, 并与光发射谱(OES)在线监测结果进行了比较. 结果表明: 电子浓度 n_e在等离子体体层中间区域最大, 而电子温度 T_e及H_α与H_β的数密度在体层和鞘层界面附近取极大值; 当气压从1 Torr (1 Torr=133.322 Pa)增大至5 Torr时, 等离子体电势单调降低, 在体层中间区域 n_e先快速增大然后逐渐减小, T_e先下降后趋于稳定; 随着放电功率从30 W增大到70 W, 电子浓度 n_e及H_α与H_β的数密度均线性增大, 而电子温度 T_e基本保持不变; OES在线分析结果与模拟结果符合得很好.     

Breakdown voltage model and structure realization of a thin silicon layer with linear variable doping on a silicon on insulator high voltage device with multiple step field plates

Based on the theoretical and experimental investigation of a thin silicon layer(TSL) with linear variable doping(LVD) and further research on the TSL LVD with a multiple step field plate(MSFP),a breakdown voltage(BV) model is proposed and experimentally verified in this paper.With the two-dimensional Poisson equation of the silicon on insulator(SOI) device,the lateral electric field in drift region of the thin silicon layer is assumed to be constant.For the SOI device with LVD in the thin silicon layer,the dependence of the BV on impurity concentration under the drain is investigated by an enhanced dielectric layer field(ENDIF),from which the reduced surface field(RESURF) condition is deduced.The drain in the centre of the device has a good self-isolation effect,but the problem of the high voltage interconnection(HVI) line will become serious.The two step field plates including the source field plate and gate field plate can be adopted to shield the HVI adverse effect on the device.Based on this model,the TSL LVD SOI n-channel lateral double-diffused MOSFET(nLDMOS) with MSFP is realized.The experimental breakdown voltage(BV) and specific on-resistance(R on,sp) of the TSL LVD SOI device are 694 V and 21.3 ·mm 2 with a drift region length of 60 μm,buried oxide layer of 3 μm,and silicon layer of 0.15 μm,respectively.     

场致发射的温度效应对微波管爆炸电子发射的影响

为研究场致发射的温度效应对微波管中爆炸电子发射过程的影响,在对比分析低温条件下的场致发射电流密度Fowler-Nordheim（FN）和一般的电子发射电流密度积分公式的基础上,利用细长圆柱形微凸起模型,重点考虑焦耳加热和热传导两个因素,编程计算得到了微凸起内部的温度分布和不同位置处温度随时间的变化。结果表明:场致发射的温度效应是一个重要影响因素,考虑温度对场致发射的影响后,微凸起内部各点的温度随时间呈非线性增长,且增长速率越来越大;在微波电场强度较弱时,若不考虑场致发射的温度效应而直接用FN公式表示的电流密度代入计算,会使爆炸发射延迟时间变短;当微波电场很强时,温度效应对爆炸发射延迟时间的影响则较小。     

Influence of Kr doping on neon soft X-rays emission in fast miniature plasma focus device

An investigation on the possibility of enhancement of soft X-ray (SXR) (900–1600 eV) emission from a fast miniature plasma focus (FMPF) device of 235 J (at 14 kV) storage energy through doping of operating gas was performed. Neon (Ne), the operating gaseous medium, was doped with krypton (Kr) in different volumetric ratios at various operating pressures ranging from 2 to 14 mbar. The 1% Kr doping increased the average optimum SXR emission efficiency from 0.47% to 0.6% without enhancing the hard X-ray (HXR) (>1600 eV) emission. The Kr doping influenced the major pinching characteristics such as focusing efficiency and time to pinch with consequential effect on X-ray emissions. Synchronous operation of the 4 pseudo-spark gap (PSG) switches was mandatory for efficient discharge current delivery to the electrodes. A drastic improvement in the pinching efficiency was obtained with replacement of old and worn out PSG switches with the new ones. Optical imaging of current sheath dynamics was performed using gated ICCD camera to verify the normal operation of the device after the PSGs replacement. A numerical simulation analysis on the 2 cm long stainless steel tapered anode, used in this study, was done to predict the maximum SXR emission efficiency and the peak operating gas pressure. An analysis on the amount of SXR fluence generated at the source position and the proportion of it reaching the target position is also reported.     

掺硼水吸附碳纳米管电子场发射性能的第一性原理研究

运用第一性原理研究了掺硼碳纳米管(BCNT)顶端吸附水分子后的电子场发射性能.结果表明：掺B及吸附H₂O的碳纳米管(BCNT+H₂O)端部形成电子聚集的原子尺度微区,其电子态密度(DOS)在费米能级(E_f)附近有很大提高.根据计算的电子DOS,HOMO/LUMO及Mulliken电荷分布等可知BCNT+H₂O比CNT+H₂O有更好的场发射性能. 关键词： 掺硼碳纳米管 吸附 密度泛函理论 电子场发射     

氮掺杂及水分子吸附碳纳米管电子场发射第一性原理研究

对闭口碳纳米管(CNT)顶端分层掺氮及吸附不同数目水分子体系,运用第一性原理研究了有电场存在时的电子场发射性能.结果表明：掺氮并吸附水分子的CNT结构稳定;外电场愈强、水分子数愈多,体系态密度(DOS)向低能端移动幅度愈大且最高分子占据轨道(HOMO)/最低分子空轨道(LUMO)能隙愈小.吸附能,DOS/LDOS,HOMO/LUMO及其能隙分析一致表明,第三层氮掺杂CNT吸附不同数目水分子体系的场发射性能最佳. 关键词： 氮掺杂 水吸附 密度泛函理论 电子场发射     

二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响

在强电场条件下,由阴极通过场致发射产生的电子具有很强的空间电荷效应,因此真空二极管的空间电荷限制电流是设计高功率微波源等强流电子束器件时需要考虑的重要参数.场致发射电流密度只和阴极材料、阴极表面电场等有关,而空间电荷效应则会受二极管电压、间隙距离等因素的影响.为研究二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响,建立了由场致发射阴极构成的一维平板真空二极管物理模型,利用第一性原理的粒子模拟方法,研究了二极管间隙距离和外加电压等参数变化时的阴极表面电场随时间的演变特性,得到了阴极表面稳态电场和二极管间隙距离之间的关系.结果表明,场致发射过程开始后,阴极表面电场先有个振荡过程,随后趋于稳定;在同一外加电场条件下,间隙距离越长,稳态电场的绝对值越小,且达到稳态所需的时间也越长;间隙距离越短,当阴极表面电场达到稳定状态时,二极管间隙区的电场分布变化越剧烈.