大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

反铁电陶瓷的强电子发射特性研究

采用掺镧锆锡钛酸铅反铁电陶瓷作为阴极材料,研究了脉冲电压激励下陶瓷的电子发射特性.当激励电压为800V、抽取电压为0V时,得到1.27A/cm²的发射电流密度;当抽取电压增加到4kV时,获得1700A/cm²的发射电流密度.分析了发射电流随抽取电压的变化关系,讨论了反铁电陶瓷强电子发射的内在机理.结果表明：掺镧锆锡钛酸铅反铁电陶瓷能够在较低的激励电压(400V)下实现电子发射,发射电流远大于按照Child-Langmuir定律计算出的电流,三接点附近局域反铁电—铁电相变产生初始电子发射,初始电子电离中性粒子形成等离子体,增强了电子发射. 关键词： 铁电阴极 反铁电体 电子发射     

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.     

铌镁酸铅-钛酸铅铁电阴极电子发射特性

研究了铌镁酸铅-钛酸铅铁电材料的铁电、介电性能对阴极发射阈值电压的影响, 以及铁电阴极发射电流与激励脉冲电压和抽取电压之间的关系, 并分析了其发射机理. 结果表明, 室温介电常数高、极化强度变化量大的弛豫铁电体0.9Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.1PbTiO₃具有较小的发射阈值电压; 铁电阴极电子发射与快极化反转和等离子体的形成有关; 由极化反转所致电子发射的自发射电流随激励脉冲电压的增大呈幂律增长关系, 其发射电流开始于激励脉冲电压的下降沿; 在抽取电压较大时, 发射电流随抽取电压的增大呈线性增长关系, 说明大电流主要取决于抽取电压; 其发射电流开始于激励脉冲电压的上升沿, 与“三介点”处的场增强效应和等离子体的形成有关; 当抽取电压为2500 V 时, 得到的发射电流幅值为210 A, 相应的电流密度为447 A/cm².     

逸出功计算之进展

电子通过材料表面逸至真空所需之能量——逸出功是材料的一个重要特性.实际工作中往往要对材料的逸出功值提出一定要求.例如,为适应电真空器件功率加大、频率提高的趋势,希望热电子阴极的逸出功尽可能降低;为了改进光电发射休,尤其是近年广泛研究的负电子亲合阴极,也必须设法使     

Ag-BaO薄膜内场助光电发射增强现象研究

通过在Ag-BaO薄膜表面真空沉积10nm厚的银电极,成功制备了内场助结构Ag-BaO光电阴极.测试结果显示,Ag-BaO薄膜光电发射电流随内场助偏压的增大而上升.理论分析表明,Ag-BaO薄膜内场助光电发射增强现象产生的机理在于内场助作用下Ag微粒和BaO介质间等效界面位垒的减小及薄膜表面真空能级的相对下降. 关键词： 内场助光电发射 能带弯曲 金属超微粒子 Ag-BaO薄膜     

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.     

单晶LaB6热阴极直流发射特性

大功率脱硫加速器要求稳定发射500mA直流电流，且要长时间连续工作，因此寻求一种长时间稳定发射的阴极发射体，对于脱硫加速器的建造至关重要。就制备技术比较成熟的大电流长寿命发射体而言，用单晶LaB6的逸出功低、发射度好，成为高亮度、高稳定性、长寿命阴极的首选材料。     

六角密排多迭层碳纳米管阴极的大电子发射电流和高电子发射稳定性（英文）

研制了一种六角密排多迭层碳纳米管阴极.在这种结构中,衬底银电极由烧结的银浆制作在透明锡铟氧化物电极上,且具有六角形边缘,相邻衬底银电极交错排列于阴极面板上.用ZnO和SnO_2颗粒作为掺杂材料,在衬底银电极和单一碳纳米管层之间制作了底部混杂层;单一碳纳米管层中的碳纳米管主要被用于发射阴极电子.给出了六角密排多迭层碳纳米管阴极的制作工艺,并研究了六角密排多迭层碳纳米管阴极用于电子源的可行性.将氮气作为保护气体,采用烧结方法除掉制备浆料中的有机粘合剂及其它有机杂质.将六角密排多迭层碳纳米管阴极真空密封进三极场发射显示器中,能够形成稳定的电子发射电流.测试结果表明,与普通碳纳米管阴极相比,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有更优的电子发射特性,其开启电场为1.83V/μm,最大电子发射电流为2 718.6μA;且其具有良好的电子发射曲线趋势,当电场强度从2.17V/μm增强到3.06V/μm时,电子发射电流的增幅约为1 410.3μA.对电子发射电流随时间的波动变化进行了测试,测试结果显示六角密排多迭层碳纳米管阴极具有可靠且稳定的电子发射电流.绿色发射图像表明六角密排多迭层碳纳米管阴极具有良好的电子发射均匀性及高的电子发射亮度.鉴于其简单的制作结构和制作工艺,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有一定的实际应用性.     

负电子亲和势GaN光电阴极铯吸附机理研究

为了得到铯吸附与阴极电子亲和势变化之间的定量关系,利用NEA光电阴极激活评估实验系统对GaN光电阴极进行了铯激活.根据半导体光电发射理论和双偶极层模型,通过对电子亲和势随铯覆盖度变化的实验结果进行拟合运算,得到电子亲和势与铯覆盖度之间的函数关系式.分析了铯的吸附机理,得到激活过程中铯的吸附过程与GaN材料有效电子亲和势下降之间的关系.实验表明:负电子亲和势GaN光电阴极材料在铯激活时光电流随着铯覆盖度的增加而从本底值增为极大值,激活过程中GaN电子能量分布曲线低动能截止点的位置决定于铯的覆盖度.当铯的覆盖度从0、1/2、2/3到1个单层变化时,低动能截止点依次向左移动,当覆盖度从0增加到1个单层时,低动能截止点向左移动了约3eV的距离.研究表明,低动能截止点左移本质上是由于对电子逸出起促进作用的有效偶极子[GaN(Mg):Cs]数量的增多造成的,有效偶极子数量的增多带来了材料表面真空能级的下降.     

高真空热电子发射实验研究

在真空环境下,研究了阳极电压和阴极电压对金属热发射电流强弱的影响。实验结果表明,提高阳极电压和阴极电压有利于电子从阴极逸出,使发射电流得到增强,此外,提高阳极电压能够降低阴极临界电压,增大发射电流,为提高热电子发射效率提供了实验基础和理论依据。     

平面二极管爆炸发射阴极特性实验研究

 在电压0.6~1.0 MV,脉冲重复频率为100 Hz条件下,实验研究了爆炸发射阴极的有效发射面积、平均发射电流密度、二极管阻抗、电子束能量损耗机制等特性。结果表明：阴极有效发射面积随时间呈方波变化,在脉冲开始后5 ns内有效发射面积基本达到稳定。在碳纤维、天鹅绒、石墨、不锈钢4种阴极材料中,碳纤维阴极有效发射面积最大且变化相对稳定,并且碳纤维阴极具有最大的平均发射电流密度。二极管阻抗随着阴阳极间隙的增加并非呈平方关系增加,而是呈线性增长,阻抗失配是降低电子束能量传输效率的主要机制。     

表面形貌对热阴极电子发射特性的影响

为了研究热阴极表面形貌对电子发射能力的影响,使用飞秒激光微纳加工技术在光滑的热阴极表面制备不同尺寸和形状的周期性条纹结构,并使用相同的制备工艺对阴极进行除气和激活.测试结果显示:阴极表面周期性条纹结构可有效增强阴极的电子发射能力,正交双向条纹结构表面阴极的发射电流密度高于单向条纹结构表面阴极的发射电流密度,而且随条纹结构尺寸的降低,阴极的电子发射能力逐渐增强.对阴极表面形貌进行仿真,发现微尖顶端位置在强电场的作用下具有较强的电子发射能力.当阴极表面微尖底部直径与高度比值(r/h)较小时,微尖的侧面仍是阴极电子发射的主要区域,但是随着r/h减小,阴极的电子发射区域逐渐由微尖侧面发射向微尖顶端转移,场助电子发射效应成为阴极电子发射的主要组成部分.     

GaAs-玻璃粘接阴极组件热辐射放气成份质谱分析

为解决负电子亲合势GaAs光电阴极电子发射灵敏度低的问题,运用质谱计对GaAs-玻璃粘接阴极组件在高温热辐射除气时的放气成份进行了分析, 获得了GaAs电子发射层原子级表面。结果表明：组件150℃为表面放气,450℃为材料体内放气,580℃为洁净表面获得温度,大于650℃ 时GaAs发射层面有As蒸发。这说明严格控制发射层表面洁净温度,是保证制备高性能阴极灵敏度的关键。     

超高真空系统中GaAlAs光电阴极的重新铯化研究

为了探索在超高真空系统中使用稳定性和重复性好的光电阴极,开展了金属有机化学气相沉积生长的反射式GaAlAs和GaAs光电阴极的激活实验和重新铯化实验,测试了Cs/O激活后和重新补Cs后的光谱响应曲线和光电流衰减曲线.实验结果表明,在100 lx白光照射条件下,超高真空环境中的GaAlAs光电阴极在Cs/O激活后和重新补Cs激活后的光电流衰减寿命相比GaAs光电阴极更长,并且在多次补Cs激活后呈现较一致的蓝绿光响应能力和光电流衰减寿命,体现了GaAlAs光电阴极在真空系统中稳定性和可重复性使用方面具有的优越性,为海洋真空探测器件和真空电子源领域的研究提供了实验指导.     

LaB6与TaC混合涂层热阴极

研究了一种LaB6与TaC混合涂层热阴极,其发射层通过均匀混合LaB6与TaC粉末得到。比较了该阴极在LaB6与TaC混合比例为1∶1, 2∶1和3∶1下的发射特性,发现混合型LaB6阴极的功函数与多晶LaB6阴极的非常接近,在3∶1的混合比例下,电极的发射电流稳定,得到的电流密度为30 A/cm2。该电极可被应用于需要大电流密度和超大面积阴极的真空电子器件及动态真空电子束设备中。     

印刷制作的双半导体底层碳纳米管薄膜阴极的稳定电子发射

应用带保护气进行烧结的方法,制作了一种双半导体底层碳纳米管薄膜阴极.利用烧结的银浆形成条形银电极,在条形银电极表面制作了具有相同宽度且平行排列的ZnO掺杂底层和TiO2掺杂底层,在掺杂底层上面制备了碳纳米管膜层.由于保护气的防氧化屏蔽,碳纳米管膜层中的碳纳米管未受损害,ZnO粒子和TiO2粒子也在烧结过程中得到了很好地保护,双半导体底层碳纳米管薄膜阴极获得更优的电子发射特性,且电子发射稳定性也得到有效增强.与普通条形银电极碳纳米管阴极相比,双半导体底层碳纳米管薄膜阴极能够将开启电场从2.09V/μm降低到1.91V/μm,将最大电子发射电流从1 653.5μA提高到2 672.9μA.在2.69V/μm电场作用下,普通条形银电极碳纳米管阴极的电子发射电流仅为421.1μA,而双半导体底层碳纳米管薄膜阴极的电子发射电流能够达到723.5μA.从发射电流稳定性实验曲线可以看出,双半导体底层碳纳米管薄膜阴极实现了稳定的电子发射,表明ZnO掺杂底层和TiO2掺杂底层能够应用于真空环境.利用数码相机获得了具有良好质量的发射图像,验证了双半导体底层碳纳米管薄膜阴极制作的可行性和适用性.     

轴对称真空二极管空间电荷限制流

基于ArcPIC代码采用PIC-MCC方法,模拟研究了轴对称真空二极管放电时电子密度和阴极表面场强分布情况,同时给出了二维空间电荷限制流的一阶和二阶拟合公式。研究发现,真空二极管放电时阴极表面电场会随阴极注入电流密度的增加而增加,而后出现振荡并趋于一个稳定状态;二维空间电荷限制流密度值随阴极发射半径的增大而减小,且阴极发射半径越大越接近一维空间电荷限制流值。     

指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器转化效率理论计算(英文)

光子增强热电子发射型太阳能转换器是一种理论效率极高的新型太阳能利用技术.提出利用指数掺杂GaAs材料作为光子增强热电子发射型太阳能转换器阴极,基于能量守恒及电子扩散漂移发射模型,理论计算了指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转化器的转化效率.结果表明:指数掺杂GaAs可以显著提高光子增强热电子发射效率;指数掺杂GaAs光子增强热电子太阳能转化器转化效率随聚光倍数的增加和阴极表面电子复合速率减小而单调上升;当太阳基数大于200、阴极表面复合小于104 cm/s时,指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器效率可达30%.