覆Os膜扩散阴极Os-W互扩散的探讨

介绍了对覆锇扩散阴极锇膜与钨基间互扩散过程的研究结果。通过SEM对不同工作时间的阴极发射表面及纵向剖面的形貌进行分析,采用EDS对实验阴极的表面及纵向剖面进行元素成分的分析。研究表明,随工作时间的不同,阴极表面及纵向剖面Os-W浓度发生变化,呈现明显的扩散趋势。     

六硼化镧阴极的失效分析

利用PHI-590 SAM对失效的LaB_6阴极进行分析,结果表明,失效原因是碳和氧的严重侵害和镧原子相对于硼原子的不足。由于碳、氧的污染,使LaB_6表面的功函数增加,降低了阳极热电子发射能力。碳污染的可能途径为来自工作环境的汽相污染和阴极组件构成物(石墨)在使用温度下的表面扩散。     

亚微米钨基含钪扩散阴极的性能研究

研究了具有超细微观基体结构的含钪扩散阴极的性能。采用溶胶-凝胶的方法来制备阴极基体粉末,通过改善阴极基体粉末的均匀性从而改善浸渍后阴极表面的均匀性。研究表明,通过对基体粉末的压制及烧结工艺的控制,能够获得具有合适孔度的亚微米结构的多孔钨基。浸渍发射活性物质即钪酸盐后,得到含钪扩散阴极。阴极的孔度及浸渍率可以达到实验及常规生产中要求的水平。发射测试结果表明,阴极在相同的测试温度下的发射水平明显高于普通基体结构的浸渍式钪酸盐阴极。且在1000℃时,亚微米基含钪扩散阴极测得的最高测试电流密度为62.95A/cm2（未测到拐点）。     

指数掺杂透射式GaAs光电阴极表面光电压谱研究

通过求解一维稳态少数载流子扩散方程,推导了指数掺杂和均匀掺杂的透射式GaAs光电阴极表面光电压谱理论方程。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了发射层厚度相同、掺杂结构不同的两款透射式阴极材料。通过表面光电压谱实验测试和理论拟合发现指数掺杂结构在发射层厚度和后界面复合速率相同的情况下能够有效提高阴极电子扩散长度,这主要由于内建电场能够促使光生电子通过扩散和电场漂移两种方式向表面运动,从而最终提升阴极的发射效率和表面光电压谱。利用能带计算公式和电子散射理论对这两种不同结构材料的表面光电压谱进行了详细分析。     

覆膜浸渍扩散阴极表面微区电子发射像研究

覆膜对浸渍扩散热阴极表面电子发射的影响一直是热阴极研究领域的重点课题。该文采用最新研制的深紫外激光光发射电子显微镜/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM),对一半覆膜、另一半未覆膜的浸渍扩散阴极试样作了1150 ℃×2 h激活,并对其表面微区的热电子发射像及其随温度的变化作了比较。结果发现,两种阴极的热电子发射均主要位于孔隙及其邻近颗粒边缘;随温度升高,未覆膜阴极发射主要集中于孔隙内及周边有限区域内,发射面积增量较小,覆膜则使阴极有效发射区域得以由孔隙及其边缘向距孔隙更远的区域延伸,发射面积大幅增加。上述结果首次给出了覆膜浸渍扩散阴极微区的电子发射特征,对于理解该类型阴极发射机理有一定参考价值。     

浸渍钡钨阴极表面同步辐射光电子谱研究

为了解浸渍钡钨阴极表面各元素的化学状态,采用同步辐射光电子谱技术对激活前后的阴极表面进行了研究。结果表明,与激活前相比,经1150℃×90min 高温激活后,阴极表面吸附层厚度减薄,吸附C 完全消失,O 含量明显升高,W 含量增加1 倍,Ba 含量增加2 倍。另外,阴极表面的O1s、W4f 和Ba3d 等的谱峰均向高结合能方向显著位移。分析认为,激活后的阴极表面分布的吸附氧,使W 基体以及阴极表面的Ba 均产生吸附氧化,Ba 在阴极表面主要以吸附化合物Ba_m?O_n(m≤n)的形式存在。     

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。     

具有涂复层的钨基扩散阴极在非理想真空状态下的工作特性

一定量的残余气体总会在真空器件中存在，钨基扩散阴极就与其作用而使其性能被破坏，这种阴极无论处于非工作状态或高温工作状态都对氧化性气体非常敏感，在可卸真空系统中几乎可以肯定水蒸气和氧气是最常见的阴极中毒媒介。经涂复的钨扩散阴极、即“M”阴极，其优良发射特性使得它有希望取代未涂复的扩散阴极，即“B”型或“S”型阴极，因此有必要来研究这种涂复阴极在非理想真空环境中的耐久能力。本文讨论用铱和锇涂复的扩散阴极在具有氧气和水蒸气背景压力下的工作状况。中毒从本质上来说主要是一种化学作用，这是相对较低的压力下发生，该压力低于能导致阴极表面发生物理损坏或溅射的压力，通过测量可确定阴极能保持其完全发射能力的最大背景压力。已经证明，无论在室温还是在工作温度下，涂锇阴极都比涂锇阴极具有较大的抗中毒能力，涂复阴极可以在三倍的氧气压力和水蒸气压力下工作，这样就为我们提供了这些阴极在非理想状态下仍具有良好特性的一些方法，并且应该有可能设计出一种涂锇阴极，使其能在1310K，大约5×10^-8托的水蒸气压力下仍具有全发射。     

复铼膜阴极的发射和表面特性

本文报道了复铼膜扩散阴极的发射和表面特性的研究结果,并与S-型阴极进行了比较。实验结果表明:S-型阴极复铼膜后,其热电子发射明显提高,且分布均匀。月极表面上主要元素的俄歇像显示Ba在复铼膜阴极表面上的分布要比在S-型阴极表面上均匀得多,Ba的低能Auger谱和XPS的研究表明:与S-型阴极相比Ba在复铼膜阴极表面上呈现更强的金属特性。这可能是S-型阴极复铼膜后发射增大的主要原因。     

Na_2KSb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785nm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。     

RESEARCH ON THE EVAPORATION PROPERTY OF IMPREGNATED DISPENSER CATHODE BY AES

During the activation and ageing,the evaporation components and rates from 4.56:1.44:2impregnated dispenser cathode have been determined by the vapor-collect method based on the Augerelectron spectroscopy(AES).(1)The evaporation rate of a cathode after ageing differs from that of a justactivated cathode by a factor of 5 to 10.The evaporation energy of the former is 4.58 eV,and that of the latter is4.34 eV.(2)At operating temperature,the metallic barium in the evaporated materials is about 90%,and thebarium oxide is about 9.3%.(3)Blow 1000℃ the evaporation of Ca is not significant;over 1150℃ the Ca startsevaporating rapidly,particularly in the activation process,it may approach 3.5% at 1250℃.     

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.     

A NEW Ba-W DISPENSER CATHODE IMPREGNATED WITH BARIUM YTTERBATE

A new kind of Ba-W dispenser cathode impregnated with barium ytterbate has been deve-loped.It has good properties;high coefficient of secondary emission,strong ability of resisting oxygenpoisoning,high thermionic emission current density and more uniform emission on the cathode surface.The cathode is suitable for using as an electron emitter for microwave tubes,especially magnetrons.     

浸渍镱酸盐阴极

本文介绍了一种新型钡钨阴极镱酸盐阴极,这种阴极是以多孔钨海绵为基体,浸渍镱酸盐发射材料而制成。该阴极具有大的次级电子发射系数,在室温下,为4.1;较大的热发射,在1000℃,可支取6A/cm2的电流密度,而且阴极表面发射比较均匀;有较强的抗氧中毒能力;是一种较好的实用阴极。     

测量热阴极次级电子发射的新方法及其应用

本文利用相关检测技术,并对测试管结构作了改进,很好地抑制了热电子本底及空间电荷效应,构成一种测量热阴极在工作温度下次级电子发射性能的新方法。以浸渍钪酸盐阴极为样品,测得在低的轰击电子能量和电子流情况下次级电子发射系数占随温度指数上升;轰击电子能量或轰击电子流较大时,温度对没有很大的影响。研究表明高温下钪酸盐阴极存在电子轰击热发射增大效应,对此本文提出内建场模型加以解释。     

High emission performance impregnated dispenser cathode

In order to obtain higher emission performance than that of a traditional M-type cathode, we have developed a new type impregnated dispenser cathode. The new cathode is impregnated with a new active substance with molar ratio of 26BaO·29SrO·8Sc2O3 ·7CaO·Al2O3 . This paper introduces the emission performance, surface active material, and work function of the new cathode. At 1100℃B , the DC current density and pulse current density are 30.6±1.0 A/cm2 and 171.6±2.8 A/cm2 , respectively, 2.1 and 5.4 times of that of an M-type cathode. The work function of the new cathode is 1.668± 0.002 eV. High concentration O-Al-Sc-Sr-Ba and O-Al-Sc-Ba are found in the pores and at pore edges, respectively. By comparing the emission performances and surface characteristics of as-polished and as-cleaned cathodes, it is proposed that, the emission around pore ends forms the major part of the total emission for the new cathodes.     

Degradation of coated impregnated cathode's surface coating

The author investigates the quantitative temperature dependence on the surface coating degradation of M-type impregnated cathodes. Osmium-ruthenium coated M-type cathodes were continuously heated at four different temperatures for 2000-20000 h in vacuum apparatus with an Auger electron spectrometer (AES). The cathode surface concentration of tungsten increases with time by diffusion from tungsten base metal. The diffusion equation is solved with the boundary condition of the insulated surface and a theoretical equation is derived which represents the tungsten surface concentration. The data calculated from this equation are in very good agreement with the measured data. The activation energy obtained for a tungsten diffusion coefficient in the surface coating (osmium-ruthenium-tungsten) is 8.4 eV. It was found that the surface coating was stable during over 100000 h at cathode temperature of 1050°C_B     

NEW METHOD FOR MEASURING SECONDARY ELECTRON EMISSION OF THERMIONIC CATHODE AND ITS APPLICATION

By using correlation-detection technique and improving structure of the test tube,the background noise of thermionic-electrons and space charge effect are restrained.The sec-ondary emission coefficient δ of thermionic cathode at high temperature has been studied.Theδ of impregnated scandate cathodes increases exponentially with increasing temperature at lowenergy and current of the bombardment electrons;at high energy or current of the bombardmentelectrons the temperature has little effect on δ.The research shows that an enhanced thermionicemission occurred when the cathode works at high temperature and under electron bombardment.These phenomena are discussed in terms of “internal field model”.     

基于太赫兹真空器件的微型阴极抑制膜特性研究

为满足太赫兹真空器件对阴极的大电流密度、小电子注尺寸需求,利用双离子束辅助沉积技术在浸渍钪酸盐阴极表面沉积Ta/Zr抑制膜,并利用聚焦离子束刻蚀技术制备出发射面直径为100μm的微型热阴极。在此基础之上着重研究这种阴极的抑制膜特性,研究表明,Ta/Zr膜层比Zr膜层临界附着力更强,双离子束辅助沉积制备的Ta/Zr抑制膜比磁控溅射制备的Ta/Zr抑制膜更加致密,并且抑制发射寿命更长。阴极良好的抑制效果一方面是因为Ba扩散至Zr中形成高功函数物质,另一方面是因为Ta/Zr复合膜层高度致密有效抑制了Ba的扩散。