常开型后栅极场致发射显示板工作特性的研究

常开型后栅极场致发射显示板是一种新型的场致发射器件.它直接利用阳极使阴极产生场致电子发射,而通过埋在阴极之下的栅极上施加负电压来阻止阴极产生场致电子发射来调制显示所需的图像.为了研究该场致发射显示板的阴极发射特性,本文采用有限元法对场致发射区域内的电场分布进行了模拟计算,用Fowler-Nordheim(F-N)公式计算了阴极表面的发射情况.并研究了阳极电压、阴极电压、阴调距、阴极宽度和阴极厚度等参数的改变对阴极发射特性和栅极调制能力的影响.计算结果显示阴极发射特性和栅极调制能力与上述电参数和结构参数关系密切,从而为优化设计这种显示器件提供了方向.     

运动微粒导致间隙击穿的模拟研究

当在充满气体的两电极平板间隙中,运动的带电微米级微粒由于外力作用运动到电极表面附近时,可能会引起微粒与电极间局部微放电,甚至在一定条件下可能会引发间隙气体击穿,这是一种非常特殊的击穿现象。因此,本文通过理论公式和静电场模拟,分析了不同大小的带电微粒距离阴极表面不同距离的电场畸变情况;接着基于二维轴对称网格粒子法耦合蒙特卡洛碰撞(PIC-MCC)算法,建立了带电微粒距离电极表面1μm处引发间隙气体击穿的仿真模型,并与不考虑微粒的仿真计算结果进行了对比,获得了电子、离子在不同情况下的时空分布演化过程,揭示了带电微粒接近导致阴极表面电场增强从而发射场致电子是引发间隙气体击穿的首要原因,并阐明了这些电子引发间隙击穿的物理机制。这为进一步深入理解运动微粒引发间隙击穿的物理机理奠定了基础。     

前栅极碳纳米管场发射显示板关键结构参数的研究

前栅极碳纳米管场发射显示板是一种常用的场致发射器件。该器件通过栅极与阴极之间形成的电场产生场致发射电子,在阳极高压的作用下,电子从电场中获得能量,轰击荧光粉产生可见光。本文采用模拟计算的方法研究了标准结构场发射区域内的电场分布、阴极表面的发射情况、电子轨迹和着屏束斑。并研究了关键结构参数在公差范围内变化对阴极发射特性和阳极着屏束斑的影响。计算结果显示,阴极发射状况和阳极束斑对结构参数的变化非常敏感,也证明了前栅极结构对工艺要求十分严格。     

后栅极场发射显示板结构参数在公差范围内变化对工作特性的影响

后栅极场发射显示板是一种常用的场致发射器件。该器件结构由阳极、阴极和栅极组成,并且栅极置于阴极背面。本文采用模拟计算的方法研究了标准结构场发射区域内的电场分布、阴极表面的发射情况、电子轨迹和着屏束斑。并研究了关键结构参数在公差范围内变化对阴极发射特性和阳极着屏束斑的影响。计算结果显示结构参数在公差范围内的变化对阴极发射状况,阳极束斑栅极调制特性的影响很小,进而证明了后栅极结构对工艺一致性要求较低。     

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。     

基于磁流体动力学的电磁流量计数值模拟

通过计算流体力学和磁流体动力学的耦合计算,直接给出了一种电磁流量计二维模型里流动(层流)和外加磁场(均匀稳态)的相互作用结果,并得到信号输出即感应电动势与流量的基本关系以及其他变量如感应电场与感应电流的详细空间分布。模拟结果符合理论值,表明可利用磁流体动力学数值模拟来广泛研究不同流场和外加磁场分布下电磁流量计特性。     

单晶LaB_6尖锥几何结构对场发射性能影响的CST模拟

单晶LaB_6尖锥有望成为理想的场致电子发射阴极,采用三维粒子模拟软件Computer Simulation Technology(CST)对尖锥曲率半径在0.1~10μm范围内的系列单晶LaB_6尖锥阴极的场致发射特性进行了模拟。研究结果表明,单晶LaB_6尖锥的电子发射轨迹为倒立锥形,锥尖处电位线最密集且场强最大,且随锥尖曲率半径的减小,锥尖处场强增大,发射电流增大。当LaB_6尖锥的锥角40°,锥高Ht=2 mm,锥尖曲率半径Rt=0.1μm时,尖锥获得最佳场发射性能:电场强度E=7.22×107V/cm,发射电流I=25.5μA。为具有优良场发射性能的单晶LaB_6尖锥场发射阴极的几何结构设计和加工提供了理论指导。     

无氧铜基金刚石薄膜场致发射特性研究

采用微波等离子体方法在铜片上沉积了多晶金刚石薄膜，用该薄膜制成的场致发射体的开启电压较低，发射电流密度较高。利用自制的场致发射阵列阴极高真空测试台测试了1-100mA/cm^2的发射电流密度特性，对应的电场强度为2.0-3.5MV/m。从拟合F-N公式得到的功函数φ≈0.025eV,所发射电子轰击荧光屏后能产生明亮的光斑。     

边缘场致发射体的非正交有限差分算法模拟

对边缘切致发射三极管进行了模拟，采用的模型为“鸡尾酒杯”结构。在静电分析中引入了一种新的数值计算方法──非正交曲线坐标系下的有限差分算法。由于取的坐标轴与边界重合。所以该方法能有效地处理任意形状的场致发射体。给出了电场强度和发射电流与几何因子的关系及I－U特性曲线。     

MgO纳米线的制备及其电子发射性能的研究

采用碳热还原-氧化法成功制备大小均匀的MgO纳米线,采用场致发射电子显微镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)表征其形貌及晶体结构。采用丝网印刷将MgO纳米线转移到阴极电极,并将阴极电极与印刷有荧光粉的阳极电极组装成二级场致发射器件。场致电子发射测试表明MgO纳米线具有较好的电子发射特性:其阈值电场强度仅为3.82V/μm(1mA/cm2),最高电流密度达到2.68mA/cm2(4.01V/μm),发光亮度为1152cd/m2,4h内没有明显的衰减。MgO有望作为冷阴极材料在场致发射器件上得到应用。     

C基薄膜电子场发射的一般特性及发射模型

介绍了几种碳基材料的场发射特性及其发射模型.金刚石表面具有较低的或负的电子亲和势,因无法实现N型掺杂,难以用作电子发射材料.类金刚石膜及非晶碳膜材料经过"激活"后在表面形成具有较大场增强因子的熔坑,在几～几十V/μm的低阈值电场下得到非本征的电子发射,纳米结构的碳和碳纳米管本身具有较大的场增强因子,是较有前途的平面阴极场发射材料.碳基材料的导电性不同,遵循的发射模型不同.     

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.     

空心阴极放电中的电势垒和电场反转

利用流体-亚稳态原子模型对柱型空心阴极放电中电场反转和电势垒进行了研究。模拟得到了稳态放电时电势、电子密度、离子密度、电场和粒子流密度等的分布特性。220 V阳极电压和133 Pa氩气下,电子和离子密度峰值位于放电单元中心处,为2.4×1010cm-3;在阴极位降区,离子密度远高于电子密度。负辉区电势高于阳极电势,放电的轴向存在电场反转现象,放电单元的中心处形成一电势垒。电子扩散流密度和电子流密度之比对电场反转的形成有重要影响。文章同时研究了阳极电压对电场反转特性的影响。结果表明,电压升高时,电子扩散流密度升高,电场反转和电势垒现象增强。模拟结果同时表明空心阴极放电模式下有利于电场反转的形成。该研究对于分析空心阴极放电中电场反转的成因有重要的参考价值。     

场致发射体的局域功函数研究

实际场致发射体表面不可能绝对光滑 ,而具有原子尺度的微小凸起会导致发射电流大大增加。基于发射电流主要来自于原子尺度微小凸起的假设 ,提出了局域半球镜像电荷模型 ,研究了场致发射功函数的降低 ,发现微小凸起处场致发射的局域功函数会降低而场增强因子将增大。将它代入F N公式计算了一个典型的单尖Spindt阴极的发射电流 ,所得结果与实验符合。在只考虑Nottingham效应的情况下 ,计算了一些材料Spindt型阴极每微尖的最大稳定发射电流     

衬底电极对SnO_2纳米材料场发射性能的影响

采用高温气相氧化法分别在Si、Au、Cr和不锈钢等不同的衬底上生长氧化锡（SnO2）纳米材料,并对SnO2的表面形貌进行表征和场致发射性能测试。研究结果表明,以Si、Au、Cr、不锈钢为衬底,其场致发射的开启电场分别为3.6、2.3、2.45、1.7V/μm。不锈钢衬底电极SnO2阴极的场致发射性能最好,硅衬底电极SnO2阴极的场发射能力最差。     

n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极理论建模与仿真

场助光电阴极与通常的负电子亲和势光阴极相比,能显著延长长波阈值,因此在近红外光探测中有着广阔的应用前景。本文利用二维连续性方程建立了n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光阴极的电子发射模型。通过模型模拟得到了电子发射电流,并计算了外量子效率。分析了不同偏压下外延层的掺杂浓度和厚度对量子效率的影响,根据仿真结果及制备条件限制,确定了阴极外延结构的最佳参数:n-InP接触层的掺杂浓度为1×10¹⁹/cm³,厚度为0.2μm;p-InP发射层的掺杂浓度为2.2×10¹⁸/cm³,厚度为25 nm;p-InGaAs吸收层的掺杂浓度为5×10¹⁷/cm,,厚度为3μm。对电极和发射面的宽度进行了模拟,发射单元表面的宽度最佳范围为5～8μm,并分析了不同偏压下电极宽度和发射面宽度对量子效率的影响。为场助光电阴极的结构设计和应用提供了理论基础,有利于场助光电阴极的制备。n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极有效提高了发射电流效率,室温5 V偏压下外量子效率在1.55μm...     

阴极弧斑放电的机理分析

介绍了阴极弧斑放电的基本特征。参考前人的研究模型和最新的实验结果,系统地分析了阴极弧斑放电的机理和过程：电子的爆裂发射模型;热场致发射理论;阴极电位降区满足的Ｍａｃｋｅｏｗｎ 公式;阴极弧斑在磁场中的运动机理。最后讨论了气压对弧斑运动的影响,解释了阳极弧斑放电特征。     

离子束辅助沉积铪膜抑制栅电子发射性能研究

利用离子束辅助沉积（IBAD）方法在Mo栅极表面沉积铪膜,采用模拟二极管方法测量和比较阴极活性物质Ba、BaO蒸发在镀铪和纯钼栅极表面的电子发射性能。实验结果表明,镀铪栅极抑制电子发射性能较好,并初步探讨了离子束辅助沉积铪膜抑制栅电子发射的机理。     

He/Ar混合气体空心阴极放电特性的模拟研究

为了进一步揭示He/Ar混合气体中空心阴极放电机理,利用流体模型模拟研究了He/Ar混合气体环境下空心阴极放电的放电特性,模拟得到了电势、电子密度、He~+和Ar~+密度、电场强度的分布特性。本文特别对He/Ar混合气体环境下中He和Ar对新电子的产生机理,即不同类型电离速率以及电压对电离机制的影响进行了研究。结果表明:整个放电区域分为阴极位降区和负辉区。阴极位降区内存在很强的径向电场,较高的离子和电子密度差,高电子平均能量。负辉区电场强度和平均电子能量很低,电子和离子密度峰值位于负辉区。氩气的加入大大促进了放电的进行。虽然Ar原子所占比重只有5%,但是氩气在放电过程中起着和氦气同等重要的作用。Ar的离子和亚稳态原子密度均高于He的离子和亚稳态原子密度,同时,Ar~+对二次电子发射影响要高于He~+。随着电压的升高,电子和离子密度升高,阴极位降区径向电场强度和平均电子能量增加,负辉区内径向电场和电子平均能量降低,电离速率增高。氩气所参与的电离速率比重略微增加,分步电离所占总的电离速率比重出现明显增加。     

硅锥场发阴极电热状态的数值模拟

用有限差分法求解相互耦合的电流连续方程导热方程，对硅锥阴极的电热状态进行了数值模拟。模拟中采用了与温度、电场相关电导率模型。模拟的表明，锥体顶端的电位变化比较突出，在较小的电流下其内部电场即可以达到临界场强，使载流子漂移速度开始饱和，并表现出饱和的发射特性。在尖锥顶端内部电场达到监界场强直至发生碰撞电离时，温升不显。