太赫兹带状注器件

带状注是指束流截面近似为矩形或椭圆形的电子注,且具有大的宽高比。相对于传统的圆形注,带状注具有很多优点,例如大电流和大互作用面积等。由于太赫兹波具有高频率、宽频带、高传输速率等优点,因此太赫兹科学与技术近年来发展迅速。作为一种新型的真空电子器件,太赫兹带状注器件在高功率、高增益、高效率及小型化方面具有良好的技术优势。但是,带状注在传输过程中易出现Diocotron不稳定性,难以保持长距离稳定的聚焦传输,从而导致带状注的技术优势难以发挥。本文综述了带状注的产生成形方式和聚焦传输方法,以及太赫兹带状注器件的研究进展,同时讨论了它所面临的挑战和未来的发展方向。     

W波段带状注速调管电子光学系统的研究进展

带状注速调管以其在毫米波段可获得高功率和高增益输出,以及小型化、紧凑型、平面微加工成形等的技术优势而备受国际前沿领域广泛关注。本文重点给出了正在开展的W波段带状注速调管的研究工作,通过采用均匀场聚焦的带状电子注的方式,研制出了椭圆截面带状电子注成形与传输的束流样管。通过实验测试获得的电子枪压缩和成形的带状电子注截面为10 mm×0.7 mm,且在电子注电压为20~82 kV,电流0.5~4.27 A时,长度为100 mm的漂移通道内电子注传输的直流通过率达到98%以上,从而验证了采用均匀场传输带状注的方案是完全可行的。     

基于二维窄带宏粒子模型的带状电子注传输研究

带状电子注具有非轴对称性和大宽高比的特性,非常适合应用于高功率微波与毫米波真空电子器件电子注形成。该文针对带状电子注的这种特性,建立了2维窄带宏粒子模型,编写了静电磁约束下带状电子注传输过程的分析计算程序,讨论了无外加高频场时带状电子注在均匀磁场和周期会切磁场聚焦情况下的传输过程,数值计算结果与单粒子模型及3维PIC软件模拟结果进行了比较,结果表明,该文编写程序的计算结果与3维PIC软件的有很好的一致性,且计算速率有大幅度提升。     

短毫米波和太赫兹线性注真空器件研究

对短毫米波和太赫兹真空辐射源的发展现状进行了简要的综述,对高频结构的种类、器件类型、频率等进行了分析.文中重点介绍了W波段行波管、返波管的研究结果,以及利用MEMS技术加工高频结构的结果;还给出了220 GHz圆形电子注、带状电子注折叠波导慢波结构的设计和模拟结果;研究了带状电子注情况下耦合阻抗和轴向电场的平坦度,对于开展高频率器件实现高效率互作用打下了基础.     

毫米波及太赫兹行波管的功率提高方法评述

短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点,在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平,以及作者近年来研发的行波管,频率覆盖E波段、W波段、G波段和Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率,在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场(PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究,为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。     

W波段带状注速调管电子光学及注波互作用系统的研究

通过冷流模型理论对均匀场聚焦带状电子注的传输进行了研究,结果表明,通过增强聚焦磁场并提高电子注填充高度因子,可以有效降低Diocotron不稳定性并实现长距离的稳定传输.结合理论研究,对均匀场聚焦带状注电子光学系统进行了三维仿真设计与优化,利用自主开发的二维非线性注波互作用程序SBK2D,对W波段带状注速调管进行了初步分析,结果为输出峰值功率69 kW、效率24%、增益37dB、3dB带宽100 MHz.研制出的具有高机械对准精度的带状注速调管电子束管,带状注截面10 mm×0.5 mm,且在电子注电压20～82 kV,电流0.50～4.27A,长度100 mm的漂移通道内电子注传输直流通过率达到98%以上,高于之前在90 mm漂移通道内获得的95%的实验结果.     

带状电子注聚焦系统设计

通过理论分析、数值模拟和实验研究了PCM 结构聚焦椭圆带状电子注的可行性。利用三维PIC 粒子模拟软 件模拟了椭圆带状电子注在PCM 结构行程的周期磁场中的传输过程,结果显示：截面为10x0.4 mm2 的椭圆带状电子 注在12x0.8 mm2 的矩形通道中稳定长距离传输120mm 无截获。对PCM 聚焦结构的磁场进行了测试,测试结果与数 值模拟结果相符。实验并研究了该PCM 聚焦系统约束带状电子注的能力,测试用速调管的设计电压为75kV,在56.8kV 时的直流通过率达到52.1%,并随着工作电压的升高呈上升趋势。     

带状电子注在周期磁场中传输的稳定性

在理论分析的基础上,对带状注在周期磁场中传输的单平面聚焦稳定性进行了数值计算和PIC 程序模拟,验证了带状注在周期磁场中长距离传输的稳定性条件,详细分析了聚焦磁场周期长度对束流稳定性的影响,从而表明Wiggler聚焦磁场适于直流电压较高的束流,小周期长度的聚焦结构要求精确的机械制造。为接近真实的情形,设定漂移管和电子注的横向尺寸有限,而聚焦结构无限宽。本文的理论和仿真研究为设计中采用合适的周期聚焦结构,选用合适的设计参数提供了依据。     

高效率曲折槽波导毫米波行波管设计、制造和冷测

本文提出一种适用于工作在毫米波段(85～110 GHz)的带状注高效率曲折槽波导毫米波行波管,并进行了参数优化设计、加工制造和冷测实验研究.曲折槽波导首次采用一次改变周期相速跳变技术提高带状注毫米波行波管电子互作用效率.文中加工制造了三种不同周期个数(包含相速跳变和均匀相速两种类型)的曲折槽波导,并进行了S参数测试,其...     

双栅极场发射阵列的特性模拟与设计

具有聚焦能力的双栅极场发射阵列(DGFEA)是两类最有发展前途的真空微电子器件(高分辨率场发射显示器和真空微电子微波、毫米波器件)的关键技术。本文简要比较了两种结构的DGFEA的主要性能和优缺点,叙述了双层栅极结构DGFEA的设计与模拟方法.从模拟计算获得的发射特性和聚焦性能可以看到:这种结构的DGFEA能获得几乎平行的场发射电子束,其最大发射电流密度可达到约500A/cm2以上,是发展真空微电子微波、毫米波器件和其它强流电子注器件等较理想的电子源。     

毫米波带状注电子枪的设计方法

利用理论分析和仿真模拟相结合的方法对带状电子注的产生进行了系统的研究,并提出了一种带状注电子枪的设计方法.首先通过理论分析,提出了一种计算带状注电子枪结构参数的迭代算法,即根据注电压、注电流、电子注注腰处半厚度、阴极半厚度和阴极宽度,计算出带状注电子枪的阴极柱面半径、阴阳极间距、阳极柱面半径和射程等主要参数;在此基础上,通过仿真模拟,为毫米波真空电子器件设计了一种带状注电子枪.     

RF-MBE生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性

用射频分子束外延技术研制出了室温迁移率为1035cm2/(V·s),二维电子气浓度为1.0×1013cm-2,77K迁移率为2653cm2/(V·s),二维电子气浓度为9.6×1012cm-2的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管材料.用此材料研制的器件(栅长为1μm,栅宽为80μm,源-漏间距为4μm)的室温非本征跨导为186mS/mm,最大漏极饱和电流密度为925mA/mm,特征频率为18.8GHz.     

Intense Sheet Electron Beam Transport in a Uniform Solenoidal Magnetic Field

In this paper, the transport of intense sheet electron beams in a uniform solenoidal magnetic field in high-power vacuum electronic devices is theoretically examined with the 3-D beam optics code MICHELLE. It is shown that a solenoidal magnetic field can be an effective transport mechanism for sheet electron beams, provided the beam tunnel is matched to the beam shape, and vice versa. The advantage of solenoidal magnetic field transport relative to periodic magnetic transport resides in the feasibility of transporting higher current density beams due to the higher average field strength achievable in practice and the lower susceptibility to field errors from mechanical misalignments. In addition, a solenoidally transported electron beam is not susceptible to voltage cutoff as in a periodic magnetic focusing system; hence, device efficiency is potentially higher.     

W 波段平面线形排列多注速调管谐振腔的研究

本文通过三维仿真软件CST-MSW 建立了W 波段平面线形排列多注速调管五间隙谐振腔的物理模型,分析了其 某些参数尺寸变化对场形的影响,并与带状注五间隙谐振腔相关特性进行了对比分析,验证了该模型相对于带状注速调 管谐振腔在场形稳定性方面的优点。该型谐振腔在传统带状注速调管谐振腔的基础上发展而来,在避免了带状注速调管 电子注传输过程中的缺陷的同时,又继承了带状注速调管相对于传统单注速调管的一些优点。     

Displaying a bright future [vacuum microelectronics]

Recent technical and market advances have created a resurgence of interest in miniature vacuum devices based on field-emission vacuum microelectronics. For several operational conditions, these new devices have inherent advantages over their solid-state counterparts. Vacuum microelectronic devices are less sensitive to temperature variations, provide high-speed switching capabilities, and are less susceptible to radiation damage. In addition, electron beams can be steered with external electric and magnetic fields, and electron devices are capable of operation with high current densities. In this article, we describe the development of this new generation of vacuum microelectronic devices and showcase some exciting applications arising from this technology, ranging from flat-panel displays to electron beam devices     

The Conditions for Stable Sheet Electron Beams Transport in Periodic Permanent Magnet Fields

The stable focusing or transport of sheet electron beams is an essential technology for an emerging class of high-power high-frequency planar-structure microwave devices. This paper, in consideration of space-charge field and cyclotron motion, describes theoretical study and simulation on sheet beams transport in periodic permanent magnetic (PPM) fields. Based on the theoretical study, we obtain the clear conditions for the stable sheet beams transport in PPM field. And the three-dimensional simulations of the sheet beam transport are in good agreement with our theoretical study. Our research will be useful in further study and experimental.     

2DEG base hot electron transistors fabricated using MBE and in situion beam lithography

A vertical hot electron transistor incorporating a two-dimensional electron gas (2DEG) base has been fabricated in the GaAs-AlGaAs materials system. The difficulties caused by the need to form selective ohmic contacts to the different conducting layers have been overcome using a combination of in situ focused ion beam (FIB) isolation and molecular beam epitaxial (MBE) regrowth. This has allowed a high yield of working devices to be achieved with a typical common emitter current gain of h_FE=6 at low temperatures     

X 波段带状电子注速调管电子枪组件热分析

使用ANSYS 仿真和热膨胀实验的方法进行了X 波段带状电子注速调管电子枪组件热分析,计算了电子枪组件的热分布和热形变,在动态实验台上完成聚束极阴极组件的热膨胀实验,将仿真和实验相验证得到了满足工程设计要求的重要热力学数据,为X 波段带状电子注速调管电子枪结构的精确设计、优化和实际制管提供了依据。