电子跳跃结构场发射阴极的电子通过率研究

针对一种基于二次电子发射的跳跃电子阴极三极管结构进行了研究,这种特殊结构可以有效地提高了电子注电流密度。并减小受残余气体离子的对阴极轰击造成的阴极发射跌落。对应用碳纳米管场发射的跳跃电子阴极的三极管结构的电子通过率的研究,提出了的栅网上蒸镀高二次电子发射系数的介质膜的方法,可以有效地解决栅网的截获问题,提高电子通过率。     

提高PZT阴极电子发射性能的实验研究

实验研究了提高PZT(锆钛酸铅)阴极电子发射性能.在电子发射快极化反转机理的基础上,分析了电流发射密度随激励场强增大的原因.通过电极绝缘保护层改散了阴极的表面击穿特性,通过等静压工艺改善了阴极的体击穿特性和通过Mn2+的添加提高材料本生的耐电压强度,从而提高了施加在阴极上的激励场强值.实验数据显示等静压工艺、高的激励场强、绝缘保护层、Mn2+的添加等均有利于阴极的电流发射,发射电流密度提高到123 A/cm2.     

待定系数法计算场致发射体阴极表面场强和发射电流密度

在计算场致发射体阴极发射电流时 ,影响发射电流的主要因素是阴极表面的电场强度。由于发射电流密度的大小和阴极表面场强呈指数关系 ,阴极表面场强很小的变化将引起发射电流的剧烈变化 ,所以提高阴极表面场强的计算精度是至关重要的。本文提出了一种计算阴极表面场强的新方法——待定系数法 ,并用该方法计算了一个二极管场致发射体的阴极表面电场强度和电流密度。     

利用活性浸渍物质提高热阴极电流密度的实验研究和理论模型

通过发展新的活性物质成分系统及其制备方法以提升钪系阴极的电子发射性能,是当今热阴极特别是大电流密度阴极领域的研究重点。该文提出一种由多元金属氧化物构成的新型高活性浸渍物质,显著提升了钪在阴极中的添加比例,大幅提高了阴极的发射电流密度。将冷冻干燥法应用到该活性物质前驱体的制备过程中,有效解决了传统固相合成方法在机械式破碎、研磨和混合等工序中存在的不可控、不均匀等问题。采用了新的成分系统与新的制备方法制得活性物质的阴极,在真空二极管测试和电子枪测试中分别取得了超过500 A/cm2和218.5 A/cm2的脉冲发射电流密度。在二极管直流测试条件下,阴极的寿命测试进行了10500 h后仍未出现发射电流下降的现象;而在电子枪中的大工作比(5%)脉冲测试条件下,阴极在工作了2010 h后仍维持了超过50 A/cm2的较大发射电流密度。借助深紫外—光/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM)分析发现,相较传统的钪系阴极,新制备的大电流密度阴极表面的热电子发射位点数量增加,微区发射面积显著增大。最后,提出一种“二叉树”发射模型,以期阐释钪系阴极采用新活性物质后获得高发射特性的物理机制。     

利用活性浸渍物质提高热阴极电流密度的实验研究和理论模型

通过发展新的活性物质成分系统及其制备方法以提升钪系阴极的电子发射性能,是当今热阴极特别是大电流密度阴极领域的研究重点.该文提出一种由多元金属氧化物构成的新型高活性浸渍物质,显著提升了钪在阴极中的添加比例,大幅提高了阴极的发射电流密度.将冷冻干燥法应用到该活性物质前驱体的制备过程中,有效解决了传统固相合成方法在机械式破碎、研磨和混合等工序中存在的不可控、不均匀等问题.采用了新的成分系统与新的制备方法制得活性物质的阴极,在真空二极管测试和电子枪测试中分别取得了超过500 A/cm2和218.5 A/cm2的脉冲发射电流密度.在二极管直流测试条件下,阴极的寿命测试进行了10500 h后仍未出现发射电流下降的现象;而在电子枪中的大工作比(5％)脉冲测试条件下,阴极在工作了2010 h后仍维持了超过50 A/cm2的较大发射电流密度.借助深紫外—光/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM)分析发现,相较传统的钪系阴极,新制备的大电流密度阴极表面的热电子发射位点数量增加,微区发射面积显著增大.最后,提出一种"二叉树"发射模型,以期阐释钪系阴极采用新活性物质后获得高发射特性的物理机制.     

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。     

一种Sc2O3掺杂Y-Gd-Hf-O压制式直热式阴极发射特性研究

为了提高Y-Gd-Hf-O阴极耐电子轰击能力,该文通过高能球磨、压制和高温氢气烧结,制备了一种Sc₂O₃掺杂Y-Gd-Hf-O压制式直热式阴极。该阴极在1550 °C工作温度下,经过10 W电子连续轰击480 h后,发射电流密度下降至初始值的87.5%,表现出良好的耐电子轰击能力。阴极表面的微观形貌、成分组成分析表明,经压制后氢气气氛烧结,阴极表面呈陶瓷状结构形态,有利于提高阴极的耐电子轰击能力;经高温烧结、激活后表面形成了n型半导体Y₂O_3-x层,对改善阴极表面导电性、降低逸出功和提高热发射有促进作用。     

提高钼尖锥场致发射阵列阴极发射性能的研究

在利用微细加工技术和双向薄膜沉积工艺制得的钼尖锥场致发射阵列阴极进行实用化的过程中，目前存在的两个主要障碍是，阴极发射电流密度低和工作不稳定。通过对阴极发射失效机理和失效阴极的SEM照片进行研究认为，导致电流密度较低的原因是由于尖锥阵列的不均匀性造成只有部分尖锥发射电子；引起发射不稳定的主要因素是由于尖锥表面的微凸起和毛刺以及它吸附的各种影响有效功函数的污染物。采用电阻限流技术提高了阵列发射的均匀性，同时通过阴极老炼技术增强了场发射的稳定性，使其电流发射密度有很大程度的提高，而且电流波动也大为减小。研究结果对于该阴极在射频功率和平板显示等器件上的应用有着重要的意义。     

氧化物阴极的应用研究及发展

氧化物阴极是真空器件应用最广泛的热阴极,为了满足微波器件向高功率、宽频带、长寿命等技术要求的持续发展,提高氧化物阴极的直流及宽脉冲发射电流密度、增强它的稳定可靠性一直是氧化物阴极应用研究的主题。本文主要论述氧化物阴极电子发射过程、分析氧化物阴极存在问题根源及解决的方法,研制出新型氧化物阴极,给出了阴极直流、脉冲、寿命性能以及在高功率速调管和行波管的应用,展望了它的应用前景。     

四针状纳米ZnO在场致发射显示器的应用研究

以高温气相氧化法制备的四针状纳米ZnO作为场致发射材料,采用浆料印刷和烧结的方法将其制备成场致发射阴极基板.将阴极板和荧光屏封装成5×25.4 mm二极结构的场致发射显示器,进行了场致发射特性实验,实现了稳定的场致电子发射及简单字符显示.该二极结构ZnO-FED的开启场强为1.5 V/μm,当场强为5.3 V/μm时,发射电流密度可达5.11 μA/cm2.通过实验测定场增强因子约为6 772,表现出了好的场致电子发射性能.实验结果表明了四针状纳米ZnO纳米材料是一种很好的场致发射阴极材料.     

Beam alignment and related problems of spherical aberration corrected high-resolution TEM images

For spherical aberration corrected transmission electron microscopes recently developed, the Scherzer resolution in proportion to C(s) 1/4 lambda 3/4 is still inevitably limited by the influence of some other electron optical factors, such as chromatic aberration coefficient of objective lens (C(c)), beam divergence and alignment, incident electron energy spread (deltaE), and the instability of accelerating voltage (deltaV) and of lens current (deltaI). Depending on the image resolution guaranteed by C(s) correction, the defocus spread caused by C(c), deltaV, deltaI and deltaE would need to be reduced. The effect of beam alignment as a phase shift in contrast transfer function is also studied for the C(s) corrected microscopes with different values of C(s), defocus and spatial frequency. There is a relationship between the phase shift and defocus that allows us to find a series of 'alignment-free' focal conditions. A triangular relation among C(s), defocus and lattice spacing is established for proper image contrast and 'alignment-free' imaging with the C(s) corrected microscope.     

场致发射阵列阴极电子枪的设计及模拟研究

讨论了微波管用电子枪的一般参数和要求，对于在微波管中应用场发射阵列阴极电子枪的情况作了分析，表明其中存在的主要问题是电子注散焦。通过比较场发射电子注聚焦的几种方法，利用传统电子枪整体聚焦的思想，初步设计了一个场发射阵列阴极电子枪模型，它包括场致发射阵列阴极，一个Whelnelt电极，一个聚焦电极和一个阳极。通过利用Mafia软件对电子注轨迹的模拟计算，对电子枪的聚焦部分进行了改进。     

碳纳米管冷阴极Pierce电子枪

为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.     

Electron Beam Optics System PIC Simulation for MMW TWTs

The basic feature and design method of MMW TWTs electron optics are analyzed in this paper. With the increasing area convergence ratio of the electron gun in TWTs, the initial thermal velocity of electrons at cathode and the non-magnetic shielded effect can no longer be neglected. It brings new challenge for the design and simulation of MMW TWTs electron optics. A method of investigation the beam DC characteristics is described using particle-in-cell (PIC) simulation and incorporate electron beam optics model integrated electron gun with periodic permanent magnetic focusing system. It is valuable for achieving the goal of “first-pass design success” and the electron optics engineering design and optimization.     

场发射阵列阴极(FEA)在微波器件中的应用

分析了场发射阵列阴极的跨导、电容以及阵列阴极的发射电流密度、电子束直径、电流稳定性对微波器件性能的影响,并提出了相应的改善措施,有效地提高了微波器件的性能.最后,概述了金刚石薄膜及碳纳米管阵列阴极在微波器件中的应用情况,目前虽然还不成熟,却显得有极大的潜力.     

适用于Ka波段圆形电子注行波管的半圆形卷绕微带线慢波结构

提出了一种基于开槽介质基底的卷绕微带线慢波结构.由于金属曲折微带线印制在介质基底的半圆形槽中,这种卷绕微带线慢波结构非常适合圆形电子注行波管,从而使得采用这种新型慢波结构的行波管可以利用传统的周期永磁磁场进行聚焦.文章对提出的卷绕微带线慢波结构的色散特性,耦合阻抗,传输特性及注-波互作用进行了分析.和传统的平面微带线慢波结构相比,提出的卷绕微带线慢波结构具有更低的相速、更弱的色散和更高的耦合阻抗,从而使得其适合于低电压、宽频带、小型化的毫米波行波管.将同步电压及直流电流分别设置为6 550 V及0.1 A的情况下,基于该卷绕微带线慢波结构的Ka波段行波管在35 GHz处能够输出42.32 W的功率,对应增益为26.26 dB,且均匀聚焦磁场只需0.4 T.     

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。     

折叠波导行波管PIC 模拟中的相位分析方法研究

由于非线性计算特别是场相位方面缺乏专门的分析工具及方法,一直难以对折叠波导行波管的电子效率及副特性进行准确分析。通过CST PARTICLE STUDIO的PIC仿真模块,利用行波管注波互作用中的轴向基波电流与轴向基波电场的相位差表征注波相位关系,提出了一种相位分析方法。通过比较V波段折叠波导行波管单跳变周期结构与均匀周期结构的注波互作用模拟结果,揭示了注波互作用中相位聚焦的物理机理,优化后电子效率提高了5.13%,验证了PIC模拟中相位分析方法的合理性。     

Field theory of dielectric Cherenkov maser

The effect of three-dimensional perturbed velocity and three-dimensional perturbed current density on the beam-wave interaction of dielectric Cherenkov maser is analysed by use of the self-consistent linear field theory. Three distinct cases are considered. First, the propagation of the electron beam in an annular dielectric liner enclosed by a loss-free conducting wall is investigated. The dispersion equation and the simultaneous condition of the beam-wave interaction are derived. It's clearly shown that the instability of the interaction results from the coupling of the TM mode in the dielectric lined slow-wave waveguide to the beam mode via the electron beam. And the coupling is proportional to the density of the beam. The growth rate of the wave produced by the electron beam are obtained. Then, the case of a relativistic electron beam guided by a longitudinal magnetic field in the same slow-wave structure is examined. The motion of electrons could be approximated to be one-dimensional when the simultaneous condition of the beam-wave interaction of dielectric Cherenkov maser is satisfied. Finally, the effect of the background plasma on the instability of the beam-wave interaction is studied.