小型空心阴极等离子体电子枪实验

基于空心阴极效应和低压辉光放电原理,设计了一种小型空心阴极等离子体电子枪并进行了实验研究,在低气压下获得了稳定的空心阴极辉光放电,测量电子枪放电结果表明：在空心阴极中加入灯丝热子可明显降低放电气压;电子束电流的大小随放电电压增大而增大,受气体气压影响较小;在气压2 Pa,放电电压10 kV,脉宽4 μs脉冲下放电,可得到脉宽为2 μs,电流为600 mA的电子束。     

栅网结构碳纳米管冷阴极电子光学系统的设计

基于碳纳米管冷阴极实验测试结果,采用三维粒子模拟软件对大面积碳纳米管冷阴极的场致发射特性进行了仿真,研究了栅网结构不同尺寸对碳纳米管冷阴极场致发射特性及电子注通过率的影响,并在此基础上设计出面积压缩比为18,输出电流密度为14.9 A/cm2的带状注电子枪。为进一步研制碳纳米管冷阴极电子光学系统和相关微波、毫米波电真空辐射源器件提供了技术基础。     

小型空心阴极等离子体电子枪实验

基于空心阴极效应和低压辉光放电原理,设计了一种小型空心阴极等离子体电子枪并进行了实验研究,在低气压下获得了稳定的空心阴极辉光放电,测量电子枪放电结果表明:在空心阴极中加入灯丝热子可明显降低放电气压;电子束电流的大小随放电电压增大而增大,受气体气压影响较小;在气压2Pa,放电电压10kV,脉宽4μs脉冲下放电,可得到脉宽为2μs,电流为600mA的电子束。     

栅网结构碳纳米管冷阴极电子光学系统的设计

基于碳纳米管冷阴极实验测试结果,采用三维粒子模拟软件对大面积碳纳米管冷阴极的场致发射特性进行了仿真,研究了栅网结构不同尺寸对碳纳米管冷阴极场致发射特性及电子注通过率的影响,并在此基础上设计出面积压缩比为18,输出电流密度为14.9 A/cm2的带状注电子枪。为进一步研制碳纳米管冷阴极电子光学系统和相关微波、毫米波电真空辐射源器件提供了技术基础。     

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。     

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:     

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。     

宽束冷阴极离子源分时中和技术的研究

离子束辅助镀膜沉积过程中,绝缘薄膜表面的电荷积累效应严重影响了薄膜质量。通过对宽束冷阴极离子源引出栅部分的改进,采用分时引出电子和离子方法,使正负电荷中和,以消除薄膜表面的放电现象,并对引出电子束的束流密度、能量、发射角等参数进行了测试。实验结果表明：在引出电压为600V时,电子的平均能量为100eV左右;引出电子束的发射角可以达到±40°,在±15°范围内的束流密度波动小于±5%。引出电子的束流密度较同参数下的离子束流密度小,通过调节脉冲电源的占空比,可达到很好的中和效果。     

碳纳米管冷阴极脉冲发射特性及仿真模型研究

针对碳纳米管场致发射冷阴极在微波、毫米波电真空辐射源器件中的应用需求,采用2μs,20 kV的脉冲高压对碳纳米管场致发射冷阴极的脉冲发射特性进行了实验研究.通过改变阴阳极间距,对碳纳米管冷阴极发射电流特性及发生脉冲高压打火后的碳纳米管冷阴极发射特性进行了测试研究.在直径为4 mm的圆形平面碳纳米管冷阴极上获得最大发射电流16 mA,电流密度为127 mA/cm~2.以实验测试数据为基础,结合粒子模拟软件建立碳纳米管冷阴极场致发射仿真模型,给出了该仿真模型的相关参数,为下一步设计研制碳纳米管冷阴极电子光学系统及相关辐射源器件奠定基础.     

新型热阴极电子枪加热结构热分析

利用ANSYS和COMSOL仿真模拟软件,对热阴极电子枪的加热结构进行热分析,得到了阴极加热结构设计的一些规律,然后通过实验对一系列加热结构进行阴极温度测试,进一步验证模拟计算的结果,得到了一种加热效率比较高的结构。该结构在加热功率为100 W时,阴极温度超过了1 900 K,达到了铱铈阴极的工作温度。在阴极温度1 800 K左右,阴极表面引出电场强度为3.6×106 V/m的条件下,该阴极的最大发射电流达到1.04 A,发射电流密度约13 A/cm2。     

回旋行波管电子枪阴极热分析

使用有限元分析软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极进行了热分析和形变分析,得到了阴极模型的温度分布和热形变。为了保持阴极发射带表面温度的均匀性,增大了发射带下端与导热介质的接触面积,同时减小了发射带上端处的加热线圈个数,发现温度差由原来的18 ℃减小到了0.9 ℃。在热分析的基础上进行了热形变分析,将形变量结果带入EGUN软件验证,发现电子注的速度比增大,横向、纵向速度零散以及引导中心半径也都有所增加。     

回旋行波管电子枪阴极热分析

使用有限元分析软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极进行了热分析和形变分析,得到了阴极模型的温度分布和热形变。为了保持阴极发射带表面温度的均匀性,增大了发射带下端与导热介质的接触面积,同时减小了发射带上端处的加热线圈个数,发现温度差由原来的18 ℃减小到了0.9 ℃。在热分析的基础上进行了热形变分析,将形变量结果带入EGUN软件验证,发现电子注的速度比增大,横向、纵向速度零散以及引导中心半径也都有所增加。     

基于铟锡氧化物/Ti复合电极的高亮度碳纳米管场致发射冷阴极

通过制作亲碳性铟锡氧化物(ITO)/Ti复合电极,改善移植型碳纳米管(CNT)冷阴极的导电电极与CNT膜层之间附着性能,从而消除CNT与电极间的界面势垒和非欧姆接触对CNT阴极场发射均匀性和稳定性的影响.采用磁控溅射技术和丝网印刷工艺制作了ITO/Ti基CNT阴极.用X射线衍射仪和场致发射扫描电子显微镜表征CNT阴极结构,结果显示热处理后的ITO/Ti基CNT阴极中可能有TiC相生成,从而使得导电电极与CNT形成有中间物的强作用体系.该体系降低甚至消除电极与CNT之间的界面势垒,增加了CNT与电极间形成欧姆接触的概率.用四探针技术分析电阻率,结果表明ITO/Ti复合电极具有电阻并联效果,CNT阴极导电性能提高.场致发射特性测试表明ITO/Ti基CNT阴极的场致发射电流达到384μA/cm2,较普通ITO基CNT阴极的场致发射电流有显著提高,能够激发测试阳极发出均匀、稳定的高亮度荧光.制作ITO/Ti复合电极是实现场致发射稳定、均匀的低功耗CNT阴极的有效途径.     

带栅极纳米线冷阴极的场增强因子研究

场增强因子是体现场发射冷阴极器件性能优劣的重要参数.利用静电场理论给出了一种带栅极(normal-gated)纳米线冷阴极的场增强因子表示式β=k₁{N²·(L-d₁)²+［1/k₁+(L-d₁)］²}^1/2，且进一步分析了几何参数对场增强因子的影响.结果表明，纳米线突出栅孔的部分(L-d₁)与栅孔半径越大，则场增强因子越大；而纳米线半径越小，则场增强因子越大；当L远大于d₁时满足β∝L/r₀.其中N=N₁(k₁r₀)/N₀(k₁r₀)，N₀(k₁r₀)和N₁(k₁r₀)分别代表零阶和一阶Neumann函数，k₁=0.8936/R，R为栅孔半径，L为纳米线长度，r₀为纳米线半径，d₁表示阴极与栅极间距.     

独立调谐热阴极微波电子枪实验研究

为了研制紧凑型自由电子激光装置,开展自由电子激光太赫兹技术研究,需要研制微波电子枪作为高品质电子束源,为此,中国工程物理研究院研制了独立调谐热阴极微波电子枪。在前期进行了初步热测实验的基础上,通过改进实验环境、优化实验参数,进一步开展大量实验,深入研究了热阴极微波电子枪的热测实验结果。实验结果表明:微波电子枪出口处束流强度可超过500 mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化。该热阴极微波电子枪已经应用于紧凑型自由电子激光装置。     

基于碳纳米管场致发射的电子枪的初步研究

给出了基于碳纳米管场致发射电子枪的初步研究结果. 碳纳米管场致发射试验证明碳纳米管是一种很好的场致发射材料. 试验中, 在极间场强2.7MV/m的情况下得到的电流发射密度为0.5mA/cm².     

场发射冷阴极微栅孔阵列制备技术

实现了一种采用聚苯乙烯纳米球自组装技术和微机械制造技术加工的场发射阴极用亚微米栅极微孔阵列。设计了一套完整的工艺实验方案,首先采用微球自组装技术获得了亚微米级金属网孔掩膜,然后通过反应离子刻蚀技术获得了亚微米栅极孔阵列,从而实现了集成度高、分布均匀的周期性亚微米孔洞阵列的制备,微孔集成度达到108cm-2。实验研究了氧气刻蚀聚苯乙烯微球的规律。采用金属掩膜,四氟化碳干法刻蚀二氧化硅,获得了深度为500 nm的微孔。实验结果证明该工艺方案是一种获得大面积、均匀分布、集成度高的场发射冷阴极栅孔阵列的有效方法。     

532nm激光照射碳纳米管光场致发射电子枪(英文)

报道了碳纳米管光场致发射电子枪的初步研究结果。在532nm激光照射下碳纳米管光场致发射电子枪在极间高压为27kV时得到的最大的脉冲流强可以达到3.364A,其脉冲电流发射密度可达6.728A/cm2,对应脉冲电荷量为38.7nC。碳纳米管的量子效率通过公式计算为3.73×10-5,给出了在532nm激光照射下碳纳米管光场致发射电子枪发射电流随激光功率和极间电压的变化关系。     

532 nm激光照射碳纳米管光场致发射电子枪

报道了碳纳米管光场致发射电子枪的初步研究结果。在532 nm激光照射下碳纳米管光场致发射电子枪在极间高压为27 kV时得到的最大的脉冲流强可以达到3.364 A,其脉冲电流发射密度可达6.728 A/cm2,对应脉冲电荷量为38.7 nC。碳纳米管的量子效率通过公式计算为3.73×10-5,给出了在532 nm激光照射下碳纳米管光场致发射电子枪发射电流随激光功率和极间电压的变化关系。     

二次发射微波电子枪的模拟计算及其特性分析

采用URMEL-T程序进行了二次发射微波电子枪的腔内电磁计算和特性分析。同时利用URMEL-T得出的腔内轴向电场及自编程序,模拟电子在该高频场作用下的运动。计算表明二次发射微波电子枪确实具有相位选择性,进而探讨了腔形尺寸、射频电场强度对相位选择性和产生二次倍增的有关条件的影响,以及输出电子的能量稳定性。模拟结果表明,这类电子枪（MPG）可得到高电流密度（5303A/cm2）及短脉冲（3.15~10ps）的电子束。