W-Y2O3高温阴极的次级发射及应用研究

针对在医用磁控管中所使用的一种W-Y2O3高温阴极进行了研究。研究结果表明:阴极具有良好的次级发射性能,在阴极低温状态(约600℃)下最大次级发射系数δmax为2.45,满足器件对次级发射阴极的要求。另外,在实际应用方面的研究表明,阴极在某型号医用磁控管中的工作温度在1400～1500℃左右,电流密度达到7.4A/cm2,输出功率超过4MW。上述研究表明,此阴极是一种有效的次级发射源。     

磁控管用新型直热式稀土铪酸钆陶瓷阴极研究

为了提高大功率磁控管的输出功率,延长其使用寿命,采用难熔稀土氧化钆和过渡金属氧化铪制备大功率磁控管用新型直热式稀土铪酸钆陶瓷阴极,并对该阴极的热发射特性和寿命特性等进行了测试,热发射测试结果显示该阴极在1300℃ br即可提供0.1A/cm²发射电流密度,1600℃ br下可提供超过1.93A/cm²的发射电流密度.寿命实验结果显示,该阴极在1500℃ br,直流负载为0.5A/cm²的条件下,寿命已经超过4000h.最后,利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、氩离子深度刻蚀俄歇电镜等设备分别对该阴极活性物质的分子结构,阴极表面微观形貌、元素成分及含量等进行了分析.结果表明,高温烧结合成了单一的铪酸钆物相,烧结过程中当一种Gd³⁺价稀土氧化钆掺入Hf⁴⁺价的过渡金属氧化铪时,会发生离子置换固溶,为了保持铪酸钆晶格的电中性,晶格中就会产生一个氧空位.当阴极在激活、老练、热发射测试时,会加速氧空位的生成,产生的氧空位越多,阴极表面导电性就会越好,这间接降低了逸出功,从而提高了阴极的热发射能力.     

超二代像增强器多碱阴极电子逸出机理研究

测量了超二代像增强器多碱阴极的光谱反射率和透射率,计算了多碱阴极的光谱吸收率.从光谱吸收率看出,当波长大于850 nm 以后,多碱阴极的吸收率下降很快,但当波长大于915 nm 之后,吸收率的下降变慢,同时吸收率低于5%.这说明多碱阴极的 Na2KSb 膜层存在一个915 nm 的长波吸收限,入射光的波长如果大于该吸收限,多碱阴极将不吸收.多碱阴极在吸收光子之后的电子跃迁过程中,跃迁电子的能量增加小于所吸收的光子能量,即存在“能量损失”.光子的能量越高,跃迁电子的能级越高,能量损失越大.超二代像增强器 Na2KSb 阴极膜层在 Cs 激活之后,荧光的峰值波长向短波方向移动,发生“蓝移”现象,表明多碱阴极 Na2KSb 膜层在进行表面 Cs 激活之后,跃迁电子的能级有所升高.多碱阴极无论是单独采用 Cs 激活还是采用 Cs、Sb 同时激活,光谱响应的长波阈值基本相同,但光谱响应却不相同,原因是采用 Cs、Sb 同时激活时,Na2KSb 阴极膜层存在“体积”效应.由于 Na2KSb 阴极存在长波吸收限,对应的光子能量为1.35 eV,因此如果多碱阴极的逸出功进一步降低并且低于1.35 eV 时,尽管多碱阴极的光谱响应会进一步提高,但光谱响应的长波阈并不会向长波方向延伸,此时多碱阴极光谱响应的长波阈值由其长波吸收限所决定.     

铁电阴极电子发射实验研究

为提高铁电阴极材料的电子发射电流密度及电子束品质,采用等静压成型工艺制备PZT铁电阴极样品,研究了真空度、温度、极间距、收集极和极间铜网等测试条件对其电子发射性能的影响。结果表明:利用等静压成型工艺制备样品,并进行硅橡胶绝缘层保护,在真空度高于10–3Pa,极间距为2.5mm,并在极间添加铜网,采用石墨收集极情况下进行电子发射实验,可获得铁电阴极样品测试最佳效果。     

环形火山口式硅边缘阴极发射体特性研究

本文首次提出了新型环形火山口式边缘阴极发射体结构．采用国内现有的半导体工艺制备了这种结构的阴极发射体和二极管阵列．在高超净室的大气和10－4Pa真空下测量了这种二极管阵列的I－V特性．大气下发射的开启电压大约为150伏，真空下的发射开启电压大约为70伏．最后还讨论了制备工艺中光刻套准偏差对发射的影响．分析结果表明偏心对发射的影响并不很明显．     

W-Y2O3金属陶瓷阴极的二次发射

大功率磁控管用的高温阴极一般都含有放射性元素钍。但是文献[7]谈到了应用其他发射材料(主要是稀土氧化物)的可能性。 我们用氧化钇为发射物质研制成功了一种可用于大功率磁控管中的高温阴极—     

Na2KSb光电阴极与GaAs光电阴极比较研究

测量了三代像增强器和超二代像增强器的阴极光谱反射率,结果表明在500~800 nm波长范围内,GaAs阴极的平均光谱反射率仅为6.5%,而Na2KSb阴极的平均光谱反射率却高达22%.采用减反技术之后,Na2KSb阴极的平均光谱反射率降为10%,与GaAs阴极相比还有一定的差距,因此还有进一步改进和提高的空间.测量了三代像增强器和超二代像增强器光电阴极的荧光谱,结果表明在785 nm波长激光的激发条件下,GaAs阴极的荧光谱峰值波长与Na2KSb阴极的荧光谱峰值波长基本相同,但荧光谱半峰宽和峰值强度却区别很大.说明GaAs阴极和Na2KSb阴极在吸收785 nm波长光子后,所激发的电子跃迁的能级基本相同,但跃迁电子的数量区别却很大.GaAs阴极荧光谱的半峰宽较窄,说明GaAs阴极的晶格较Na2KSb阴极的晶格更完整.当Na2KSb阴极的膜层厚度从180 nm变为195 nm之后,由于跃迁电子距真空界面的距离增大,因此导致短波的量子效率减小.尽管膜层厚度加厚,长波光子的吸收更充分,但因受到电子扩散长度的限制,长波量子效率仅仅略有增加.这说明Na2KSb阴极的电子扩散长度远远小于GaAs阴极的电子扩散长度.GaAs阴极表面吸附 Cs-O 层之后,表面电子亲和势会降低,而多碱阴极表面吸附 Cs-Sb 层之后,不仅表面电子亲和势会降低,而且跃迁电子的能级会提高,跃迁电子的数量也会增加,这说明多碱阴极在进行表面 Cs 激活之后,阴极膜层内部的能带结构发生了变化.所以要提高多碱阴极的灵敏度,除了要控制好表面的Cs激活工艺之外,还需要控制好Na2KSb基础层的结构.只有一个结构良好的Na2KSb基础层,在Cs激活之后,能带结构的变化才会有利于跃迁电子能级的提高.     

场致电子发射阴极及其制备方法的研究

文章对石墨、金刚石、非晶碳及碳纳米管等常用场发射冷阴极材料的结构、在场发射方面的应用和发展进行了介绍和分析,认为碳纳米管是场发射冷阴极的首选材料。并结合其原理和性能对电弧放电法、脉冲激光熔蒸法、化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法等场发射阴极制备方法进行了探讨,认为等离子增强化学气相沉积法因可以实现低温原位生长而具有较好的发展趋势。     

含钪扩散阴极电子发射研究

采用水冷阳极平板二极管结构测试了含钪扩散阴极，结果表明，它有比其它扩散阴极更大的发射电流密度。在849℃（亮度温度），利用亚微米粉体制备的含钪阴极的功函数约为1．55eV，电子发射常数为1．126A／cm^2K^2。同时，采用米拉曲线讨论了这类阴极的欠热特性和电子发射性能。     

亚微米结构新型含钪扩散阴极性能的研究

本文研究具有氧化钪掺杂钨基体钪酸盐阴极的性能.为了改进氧化钪的分布均匀性及提高阴极表面钪的扩散补充能力,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,研究了利用这种钨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善,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,这种阴极在850 ℃的工作温度下空间电荷限制的电流密度超过30 A/cm2,在超过2000 h的寿命实验过程中发射仍持续上升,因而在要求高电流密度和一定寿命的微波电子管中具有光明的应用前景.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改善.     

Emission Mechanism of Oxide Cathode in the Thermionic Emission Microscope

There is a definite need for a methodical analysis of the omission pattern from conventional oxide cathodes. Photographic recording of emission processes is intended from the 21 in. screen of a thermionic emission microscope. With a triple-carbonate coating on a, passive ultra-pure nickel base activation is left to temperature effects and electrolysis. The high field adds a significant component, so that with only 635^°C ample beam current is emitted for a 21 in. diameter image display. Conglomerations of triple-oxide crystallites of an average diameter of 3 μrepresent the individual emission site3 with the larger particles always producing higher intensities because of their larger activator reservoir. A quasi layer-wise particle emission was found to prevail consisting of a maximum of three layers, each becoming successively prominent with increasing field and/or temperature, until they emit in unison at 705/c. This is explained by potential-shielding of top layers bridging voids and blocking field penetration. Emission, then, consists of progressively decreasing space-charge-limited contributions from each layer with superimposed field components. Electrons never come from lower layers of the oxide bulk to pass through spacings between the well-defined emitting particles of the three upper layers. Hot-point formation is the result of a feedback reaction at sharp surface protrusions between emission, temperature and resistance which may load to deactivation. Smaller particle size and denser packing appears to circumvent it by equalizing the netd. Micropatchinoss of emission duo to voids is typical. At 7357^°c emission doubled by electrolytic activation to reach 72 mainp/cm². Its perfect reversibility points to diffusion of Ba/Sr to the particle surface when heated, while cooling causes back-diffusion. Emission characteristic follows closely the theoretical prediction for combined thermionic and field emission. Extrapolation suggests a yield of 3 amp/cm² at 782^°c and probably higher with increasing temperature. In a non-baked envelope 840^°c indicates the borderline between steadily decaying and stable emission attributable to temperature-selective absorption and desorption of residual gases by Ba/Sr.     

含钪钡钨阴极龟裂原因分析

针对钪酸盐阴极在装管测试过程中发生发射电流下降,阴极表面出现龟裂等问题,利用扫描电镜和能谱作为研究手段,分析对比了失效阴极与正常阴极的微观结构差异,结果表明,阴极表面龟裂的原因是阴极发射物质成分和工作温度共同作用的结果。根据分析结果,调整工艺参数,解决了龟裂失效问题。     

掺铜氧化铁陶瓷负阻特性的研究

研究了掺铜氧化铁陶瓷的负阻特性,并从相结构入手,探讨了负阻机理,分析了该类材料在一定温区内呈现负阻性能的原因。     

阴极中添加剂Cr2O3作用的研究

主要研究了阴极中添加剂Cr2O3的作用,该添加剂不仅降低了阴极的逸出功,增大了发射电流密度,而且延长了寿命,同时还增强其耐离子轰击能力。     

Tb(p-MBA)3phen与PVK混合体系发光性质研究

研究了铽配合物Tb(p-MBA)3phen与聚乙烯咔唑PVK共掺杂体系的电致发光(EL)和光致发光(PL)特性。结果发现,在EL中,PVK的发光完全被抑制,只能看到明显的Tb^3 绿光发射;而在PL中,除了Tb^3 发光外,还可以看到明显的PVK发光。这是由于两种发光机理不同造成的。通过测量材料的发射光谱和激发光谱,初步探讨了器件的发光机理,认为Tb^3 的发光可能来源于2个方面：1)PVK到稀土配合物的Foerester能量传递;2)PVK作为一种空穴传输材料,而稀土配合物作为电子陷阱,受激的空穴和电子直接被稀土配合物俘获,在稀土配合物上形成激子复合发光。所制作的单层器件的最大亮度达24．8cd／m^2。     

O+阴极低发射不良的分析和改善

2003年末和2004年初,华飞彩色显示系统公司使用O 阴极的生产线连续出现较高的低发射不良率,我们对这些批次发射不良问题作了研究和改善.经分析发现低发射阴极粉层表面可以见到大面积的变色,同时还有黑点,进一步分析又发现黑色斑点通常会在镍含量增加的情况下出现.文章分析了废品管发生发射不良的机理,并对分析推断的不良模型进行了模拟实验验证,最后利用分析推断结果,提出了针对性的改善方案,方案在生产中得到了验证,低发射问题得到解决.     

铁电阴极电子发射的动态特性分析

主要研究了铁电阴极电子发射的动态特性,通过对收集到的激励电压和发射电流波形进行幅频特性和相频特性分析,得到电子发射的敏感频率区域为0.65～2 MHz.运用电子发射的极化反转机理,在以上动态特性分析结果的基础上,研究电子发射与极化之间存在的关系,得出转向极化对电子发射的贡献大,热离子极化对电子发射贡献小的结论.在以上结果基础上提出提高电子发射的两种途径:一是通过掺杂增加自由离子浓度,以提高热离子极化,从而提高电子发射;二是改进激励源的设计,使输出电压的频谱包含更多对电子发射频率敏感的成分.     

Tm3 掺Li2O-CdO-Al2O3-SiO2玻璃的发光特性研究

通过高温熔融方法合成了Tm^3＋掺Li2O-CdO-Al2O3-SiO2（LCAS：Tm^3＋）氧化物理论，并对其高温热处理和淬火获得一种新型玻璃材料，测量和分析了该材料吸收、激发与发射光谱。高达95％以上近红外透过率表明，LCAS：Tm^3＋玻璃可作为近红外波段高透过率光学玻璃；远大于10^-18cm的积分发射截面、较高的荧光分支比与能形成粒子数反转的荧光寿命表明，LCAS：Tm^3＋玻璃可能成为一种新的激光功能材料。通过淬火获得样品，其发射光谱在400～680nm新生较强的大宽带，且随掺杂浓度的增加而发生蓝移，预示该材料可应用于光存储和全色显示领域，对此原因进行了分析与讨论。     

氧化钪掺杂钨基扩散阴极的结构、表面与发射特性的研究

以钪盐的水溶液与氧化钨液-固掺杂法制备了氧化钪掺杂钨基扩散阴极，利用扫描电镜、能谱分析仪和原位俄歇电子谱仪等现代分析技术研究了烧结体的形貌、Sc的分布及阴极的表面特性。用自行研制的微机控制全自动电子发射测量装置检测了阴极发射性能。研究表明，与Sc2O3与W机械混合制备的混合基含Sc阴极相比，采用液固掺杂法制备的阴极，Sc2O3分布均匀，阴极耐高温和抗离子轰击能力强，发射性能优异。