稀土难熔金属电子发射材料的研究

介绍了两种阴极,即稀土钼金属陶瓷次级发射材料及钪钨基扩散阴极。研究结果表明,稀土钼金属陶瓷阴极的最大次级发射系数可达6.5,与单元稀土氧化物掺杂的钼阴极相比,复合稀土氧化物-钼具有更高的次级发射系数,主要是由于复合氧化物在高温、真空条件下失氧速度小于单元稀土氧化物,相对于单元稀土氧化物具有较低的缺陷浓度,使缺陷对二次电子的散射作用减弱,从而有利于阴极的发射。钪钨基扩散阴极具有优异的热发射性能,900℃下阴极的发射电流密度达87A/cm~2,为普通钪酸盐阴极的3倍。活性元素Ba、Sc和O在阴极激活过程中同时向表面扩散,在阴极表面建立均匀分布的Ba、Sc和O活性层,促进了阴极的发射。     

Re掺杂对W丝阴极二次电子发射的影响

为了提高纯W丝阴极的二次电子发射系数(δ),在W粉中掺杂不同比例的Re粉。将混合好的W-Re粉制备在W片表面,经高温烧结后测量其二次电子发射系数。实验结果显示Re掺杂合金阴极能够提高纯钨丝阴极的δ。不同掺杂Re的W-Re合金阴极对提高二次电子发射系数的能力不同,掺杂5(质量比)%Re的W-Re合金阴极的二次电子发射系数最大,其最大二次电子发射系数(δm)值为1.8,相比于未掺杂的纯钨粉烧结阴极的δm,能够提高80%。     

高功率微波源用阴极材料的研究现状

高功率微波(High power microwave,HPM)技术中最关键的技术是阴极材料技术,阴极材料的性能决定着高功率微波的输出功率.综述了目前所用的阴极材料的研究现状,主要分析对比了几种爆炸发射阴极材料的发射机制以及优缺点:以尖端场增强为发射机制的金属阴极由于熔点低、等离子体闭合速率快等问题,在高功率微波源技术中的应用受到了限制;天鹅绒的发射机制为表面闪烙点火,最大的缺点是阴极寿命短;碳纤维阴极不仅有尖端处的场发射,而且存在侧面的表面闪烙过程,高重复频率及长寿命的碳纤维阴极是目前研究的热点,热电离阴极发射电流密度有待提高;铁电阴极在HPM源中极具发展潜力.     

行波管用阴极表面黑斑现象的电子显微分析

针对行波管用阴极表面异常的黑斑现象,利用扫描电镜( SEM)和X射线能谱仪(EDS)对阴极的不同微区进行了对比分析,查找黑斑产生的原因,并对其对阴极发射性能造成的影响进行了探讨.结果表明,行波管内真空度下降,阴极中的发射物质与空气中的水汽和氧气反应,随着工作时间的延长,最终导致黑斑的出现.黑斑的出现严重影响阴极的发射性能,这对行波管的封装可靠性提出了较高的要求.     

稀土难熔金属阴极材料的研究进展

介绍了3种阴极,镧钼阴极、稀土钼金属陶瓷阴极及钪钨基扩散阴极的制备方法及发射性能.针对电子管用镧钼阴极发射不稳定的问题,采用原位光电子能谱法研究高温下La2O3(4%,质量分数)-Mo阴极表面La的价态,确定了适合La2O3-Mo阴极的碳化、激活等关键工艺制度,使实用型La2O3-Mo电子管的使用寿命超过了应用要求的水平.为满足大功率磁控管的发展要求,研究了新型稀土钼金属陶瓷阴极.经过高温激活处理后,材料的最大次级发射系数达5.24,实用管型测试结果表明,稀土钼金属陶瓷阴极的性能优于钡钨阴极,显示了良好的应用前景.亚微米结构的钪钨基扩散阴极具有优异的热发射性能,850 ℃下阴极的发射电流密度可达42 A/cm2,激活后Ba,Sc,O等元素形成的活性多层,均匀覆盖在阴极表面,促进了阴极的发射.     

高性能浸渍型阴极材料研究进展

阴极是微波管的心脏,阴极材料的研究受到国内外的高度重视.介绍了大电流密度阴极基体材料、发射电子材料及表面覆膜材料研究状况,详细地讨论了阴极的发射机理.     

覆Os膜M型阴极高发射性能随真空度变化的研究

在覆Os膜M型阴极工作于75 A/cm2高电流密度的情况下,逐级降低真空系统的真空度,测出了阴极电流密度随真空度变化的关系曲线.分析表明,当系统真空度为1.0x 10-5 Pa时,阴极发射开始出现明显下降,下降幅度达1.96％;当真空度为2.07x 10-4 Pa时,阴极电流密度降低10％,阴极寿命接近终了.进一步研究认为,对于微波管而言,通过渗漏进入微波管内的大气特别是其中的氧分子,将阴极表面的Ba+(a)转变为Ba2+,使得阴极表面的发射单元逐步丧失电子发射能力;与此同时,真空度降低带来的离子轰击使得离子斑区域的覆膜层消失,导致该区域功函数升高.两种因素的共同作用,使得微波管中阴极的发射性能逐步下降.     

真空二极管阴极表面场致发射模型的研究

为研究真空二极管阴极表面场致发射模型的算法及数值模拟参数对场致发射过程的影响,建立了计算阴极表面电场强度的有限差分近似模型和高斯定理模型,并基于高斯定理模型自行编程对不同间隙距离的二极管进行模拟计算。模拟得到了场致发射过程中阴极表面电场随时间的演变特性及阴极表面稳态电场与外加电场之间的关系,还将阴极表面稳态电场的模拟结果与理论分析结果进行了对比。研究结果表明,空间网格划分数目的多寡对基于高斯定理场致发射模型计算得到的阴极表面电场的影响不大;每个宏电子包含真实电子的数目、二极管间隙距离、二极管外加电场强度等参数均会对数值模拟结果产生显著影响。     

Hf栅极栅电子发射的研究

栅发射在栅控行波管及速调管中是较为普遍的现象,为了降低栅发射,通常采用高功函数金属作为栅极或在栅极表面沉积高功函数物质或沉积能与蒸散到栅极上的活性物质反应形成高功函数化合物的金属。本文直接采用纯金属Hf作为栅极,与普通Mo栅极对比,研究了Hf栅极在模拟电子管中管子激活前、阴极激活后栅发射的情况,并对氧化物阴极加速寿命中栅发射情况进行测试分析。结果表明:在阴极激活前后及寿命过程中,纯Hf栅极具有较小的栅发射电流。     

氧化铈对M型扩散阴极发射性能影响的研究

采用稀土CeO2与钨机械混合,制备了掺杂稀土氧化铈（CeO2）M型扩散阴极,利用扫描电镜、压汞仪等测试手段分析了阴极基体的微观结构。用水冷阳极二极管检测了阴极的发射性能。同时利用XPS对老练后阴极表面化学成分进行了分析。研究表明,掺杂稀土CeO2阴极基体孔径分布更均匀,平均孔径为2.08μm。在阴极正常工作温度1050℃下,掺杂稀土CeO2钡钨阴极的直流发射电流密度和脉冲发射电流密度分别为6.33 A·cm^-2、17.48 A·cm^-2,有效逸出功为1.86 eV,明显优于纯钨基M型扩散阴极。掺杂稀土CeO2有助于Ba的扩散,并吸附在阴极表面,使得M型阴极表面Ba3d峰明显增强。     

浸渍阴极的真空预处理技术

本文总结了用于真空微波电子器件的浸渍阴极的蒸发规律,通过分析提出了浸渍阴极预处理工艺,建立了超高真空装置.在超高真空环境下,将浸渍阴极灯丝加热,使阴极温度升高到1100～1200℃,保持1～200h(温度和时间依不同微波管型而定).预处理工艺解决了浸渍阴极发射与蒸发的矛盾,现已建立数十台、几十个工位的浸渍阴极预处理设备...     

透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照下的量子效率特性研究

研究了透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照两种工作模式下的光电发射特性差异及影响因素,并推导了这两种工作模式下的量子效率理论公式,利用所推导的公式对实验获得的GaN光电阴极量子效率曲线进行了分析。研究结果表明,两种工作模式下光电子的表面逸出几率与光子能量具有不同的依赖关系,背面光照下,光电子将以一个一致的表面逸出几率从表面发射出去,并且短波响应会受到缓冲层及界面特性的影响,总体光电发射效率依赖于阴极表面势垒所决定的平均电子逸出几率。利用所推导的量子效率公式对实验曲线进行拟合,可实现多个阴极参量的评估,这为透射式GaN阴极材料与制备工艺水平的分析提供了重要依据。     

碳纳米管场发射阴极的制备及其场发射特性

采用电泳法将碳纳米管组装到电化学淀积的银台阵列上作为场发射阴极并研究了它的场发射特性.场发射特性测试结果表明:该阴极具有优异的场发射特性,开启电场为2.8V/μm,在应用电场为5.5V/μm时,发射电流密度达到1.7mA/cm2.具有优异的发射性能的原因可以归结到银台的边缘和银台类山状的表面增强了碳纳米管的场致电子发射.该阴极制备工艺简单、发射特性优异,且容易实现大面积制备,可以应用到大面积场发射显示器件中.     

含钪扩散阴极用铝酸盐的制备及发射性能研究

采用液相共沉淀法和固相合成法分别制备411(4BaO:CaO:Al₂O₃)铝酸盐前驱粉末, 在钨网氢气炉中高温烧结. 采用喷雾干燥法结合两步氢气还原法制备出亚微米氧化钪掺杂钨粉. 随后经过压制, 烧结, 浸渍, 水洗, 退火等工艺获得具有亚微米结构的含钪扩散阴极, 并研究含钪扩散阴极的电子发射性能. 实验结果表明, 液相共沉淀法制备的铝酸盐在1500℃烧结后, 铝酸盐中Ba₅CaAl₄O₁₂衍射峰最强, 结晶程度最高. 液相共沉淀法含钪扩散阴极, 脉冲发射电流密度在850℃达到37.89 A/cm². 在激活过程中, 阴极表面形成“Ba-Sc-O”发射活性层, “Ba-Sc-O”发射活性层存在提高了阴极热电子发射能力, 降低了含钪扩散阴极的蒸发速率.     

新型钡钨阴极的发射性能研究

本文研究了新型钡钨阴极发射性能,并且分别用扫描电子显微镜(SEM)和工业CT微焦点系统来分析所研制的新型钡钨阴极的表面形貌和内部微细结构。该阴极不仅简化了传统浸渍钡钨阴极生产工艺,而且发射性能优于传统工艺阴极。     

氧化物阴极在激光作用下的电子发射

在自由电子激光器中，高亮度的电子束是不可缺少的。为此，人们采用各种类型的激光驱动光电阴极、一些热阴极和场致发射阴极作为电子源。对于激光驱动的光电阴极来讲，很好的光电发射灵敏度和很高的稳定度往往是不可兼得的。为了寻求两者之间一种较为妥善的折衷，研究了将常用的热阴极——氧化物阴极的一种（BaO，SrO，Al）——作为激光驱动的电子源的可行性。实验结果表明，激活良好的氧化物阴极在波长为0．53μm或1．06μm的激光脉冲作用下都有明显的电子发射。结果证明，如果认为氧化物阴极中埋藏有钡超微粒子，则能很好地解释其对长波激光的响应。     

氧化钪掺杂、亚微米结构多孔钨基扩散阴极的研究

为了改进氧化钪的分布均匀性及提高阴极表面氧化钪的扩散补充能力,作者在前期研究的基础上,分别采用液固掺杂和液液掺杂的方法制备了Sc2O3掺杂W粉基材,研究了利用这种W粉制作多孔钨基体的工艺技术和多孔体的微观结构.研究表明在改进压制、烧结技术的基础上,可以获得具有适当孔度的亚微米结构多孔基体.氧化钪在基体中的分布得到进一步改进.在这种基体中铝酸盐的浸渍率可以达到常规浸渍阴极的要求.发射试验结果表明,阴极具有很高的发射水平.研究还证实多孔体的结构越趋细微,越有利于阴极的发射均匀性和耐离子轰击的性能的改善.     

缺位型强电流铁电阴极材料的研究

采用一种新型的缺位型铁电陶瓷作为阴极材料 ,获得了 1 87A/cm2 的强电流发射密度。通过缺位型与非缺位型材料的发射电流的对比 ,从理论上分析了缺位对于电子发射的影响 ,从材料学角度出发 ,总结出提高发射电流密度的三种有效方法 :即增强阴极表面半导体性 ,增大内偏置电场和增大材料的介电常数     

场致发射阴极材料的研究与进展

场致发射显示器是一种新型的具有竞争力的平板显示器,场致发射阴极是场致发射显示器的重要组成部分.介绍了各种场致发射阴极材料及其特性,分析了场致发射机理及各种场致发射阴极材料最新进展,并简单讨论了场致发射材料国内外开发应用研究现状及差距.     

铁电阴极几何参数对二极管电子发射的影响

主要讨论了触发电场的脉宽和阴极几何参数对铁电二极管电子发射的影响,通过对不同脉宽激励下的电子发射试验发现触发脉冲的最佳工作宽度范围是150-250ns。对不同几何参数铁电阴极片在正脉冲激励下的电子发射研究指出:一般实验条件下(触发电压小于4kV/mm),触发梯度电场相同时,阴极越厚,条栅电极越细密,发射电流密度越大;极化反转发射中前沿发射方式和后沿发射方式可以共时存在。