太赫兹真空电子器件用场发射阴极技术分析

本文阐述了太赫兹真空电子器件对阴极电子源的需求条件,分析了在该器件中应用场发射阴极的可能性。介绍了当前两种主要场发射阴极,即金属薄膜场发射阴极和碳纳米管场发射阴极的国内外发展情况,指出了它们各自的优势以及实际应用中存在的障碍,并提出了相应的解决途径。试验和分析结果表明,场发射阴极具有很好的太赫兹真空电子器件应用前景。     

用于太赫兹真空器件的大电流密度阴极

主要介绍了太赫兹器件对电子源的需求,并对国际上各类适用于太赫兹器件的电子源进行了分析和对比.作者认为正在研发的热阴极和冷阴极(场发射阵列阴极)是未来太赫兹器件电子源的两个选择.目前,热阴极技术和场发射冷阴极也正在因为器件需求的推动而进一步发展,并已经取得了较好的成果.文章最后就北京真空电子技术研究所近年来的热阴极技术进展和场发射冷阵列阴极技术发展进行了简明介绍;所取得的技术成果表明,热阴极和场发射阵列阴极都具有广泛的太赫兹器件应用前景.     

场发射显示器件阴极研究进展

介绍了场发射显示器件的基本结构和工作原理,分析了传统微尖型阴极发射阵列存在的问题,在此基础上介绍了平面型阴极的组成和工作方式以及目前MISM结构平面阴极的研究进展.     

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.     

场发射显示器阴极的制备方法及研究现状

目前用于场发射显示器的阴极主要有尖锥场发射阵列阴极、金刚石薄膜、类金刚石薄膜和碳纳米管场发射阴极等。本文论述了这几种场发射阴极常用的制作方法、研究现状及其以后的发展方向,并提出,用新型材料薄膜冷阴极代替传统的尖锥场发射阵列阴极,是实现FEDs大尺寸、低成本的重要途径。     

Spindt型阴极的研制

本文概述Ｓｐｉｎｄｔ型阴极的发展水平及其应用，介绍了在我们现在有工艺条件下，研制Ｓｐｉｎｄｔ型阴极的情况。利用改装的蒸发沉积设备及射频磁控溅射技术在基片上的微孔阵列中制作发射尖锥，以制成场发射阴极。在真空条件下测量了该阴极的发射特性，并利用这种平面阴极制作了荧光屏显示原理性样管显示出足够亮度的光点；在此基础上，对该阴极在平板显示器件上的应用提出了一个设计，对实现这一设计的材料和工艺作了论证．     

场发射显示器阴极材料的发展

文章介绍了显示器件的发展现状,场发射显示器（FED）是显示领域内有发展潜力的一种平板显示器。有望成为数字电视时代的主流显示器件。阴极技术是FED的关键技术,文章还分析了FED的工作原理,并详细论述了FED阴极材料的应用与发展。     

场发射显示器阴极结构的发展

场发射显示器（FED）集传统的阴极射线管显示（CRT）与液晶显示器（LCD）的优点于一身,具有很大的发展潜力,有望成为数字电视时代显示器件的主流。文章详细论述了电子场发射的原理．从F—N公式出发探讨了FED阴极材料的选取和阴极结构设计的原则,最后论述了FED阴极结构的发展。     

真空微电子器件的场发射理论计算模型

本文建立了个真空微电子器件场发射理论计算模型；依此模型对Ｓｐｉｎｄｔ阴极的计算结果与实验符合很好     

真空微电子器件中的场致发射阴极硅锥尖的制备工艺研究

本文介绍了真空微电子器件中的场发射阴极硅锥尖的制作工艺，采用不同的腐蚀方法以及氧化削尖技术，制成了形状较好的硅尖，并对实验研究结果进行了比较、分析和讨论。     

冷阴极技术及其在大功率真空电子器件中的应用

场致发射阴极作为重要的电子源之一,在真空电子器件的发展进程中扮演了重要的角色。在与固态器件的竞争中,真空电子器件朝大功率高频方向持续发展,场致发射阴极的应用使其在器件尺寸、可靠性、功耗和工作频率等方面具备了较大的改进空间。本文综述了近年来大电流场致发射阴极技术进展,特别介绍了碳纳米管场致发射阴极的发展。试验表明在直流测试条件下,该类型场致发射阴极发射电流密度已可达到A/cm2量级,且可以实现长寿命高稳定发射,未来在场致发射阴极微波放大器、自由电子激光器和新型中子源等方面将有广泛的应用前景。     

利用真空电子器件产生THz技术的发展

THz波技术在生物医学、材料科学、天文学和军事通信等方面都具有广泛的应用前景.介绍了几种能够产生THz波的真空电子器件的工作机理及其在发展过程中遇到的瓶颈问题,并得出了利用真空电子器件产生THz波的各种优势.介绍了国内外各种太赫兹真空电子器件研究的技术水平及应用现状,并对用真空电子器件产生THz波的技术进行了展望.     

阴极电子发射模型及数值算法

阴极特性的好坏对真空电子设备有着重要的影响,而在阴极特性中电子的发射机制又非常重要,自从上个世纪早期的Child-Langmuir 定律问世以来,阴极电子发射的问题就得到了各国学者持续的关注,对这个问题的研究主要集中在发展和改进阴极电子发射的模型及数值算法。本文从以上两个方面简要回顾了这个领域内的研究成果和进展情况,并提出了自己的见解．     

微波真空电子器件的发展与应用

根据真空电子器件的工作原理,其百年发展史可分为三个阶段：以静电控制的普通电子管阶段、以动态控制原理工作的微波真空电子器件阶段、基于相对论效应的新型器件阶段,每个阶段的代表管型在各自的应用领域都发挥了重要的作用。随着电磁波谱的开发利用,微波真空电子器件的技术水平向高频率、高功率、高效率方向发展,推动着军用装备和工业应用的不断拓展,特别在航天领域有长足发展。本文综述微波真空电子器件在厘米波段、毫米波段和太赫兹波段技术发展和装备应用概况,探讨未来的发展方向。     

Basic and applied studies of field emission at microwave frequencies

Experimental field-emission microwave devices ("femitrons") are described which locate a cold field-emission cathode in the gap of a cavity resonator to achieve direct emission bunching of the electron beam. These devices exploit the high emission density and strong nonlinearity of field cathodes to produce beams with high current density, strong bunching and high harmonic content. An analysis of beam bunching and harmonic content is presented, based on certain assumptions and particularly on the validity of the field-emission law at microwave frequencies. Several independent experiments are discussed which verify these assumptions and confirm the predicted bunching and harmonic content, thus establishing the feasibility of developing femitrons into high-efficiency amplifiers or oscillators, or for the performance of nonlinear operations such as frequency mixing, harmonic generation or rectification of microwave power. Recent developments and current performance of compact multiple-needle field cathodes with relatively high peak current and perveance capability are presented. Based on these, and on preliminary tests at intermediate power levels of microwave devices using such cathodes, a brief evaluation is made of the probable performance and possible applications of femitron devices.     

Emission reserve mapping of CRT-type cathodes

The "dip test" was recommended in 1956 to evaluate the emission activity of cathodes, and this method is now in common use for evaluation of cathodes in microwave tubes and in other electron devices wherein unvarying geometry and field configuration permit simple application of the test and interpretation of results. Application of the "dip test" to CRT cathodes, however, involves complexities associated with a) variation of emission current density from center to edge of the cathode, b) variation of the emitting area and current density with intensity modulation (grid voltage), and c) variation of the grid-cathode geometry which takes place during the cooling period of the dip test. A method has now been developed for accurately evaluating the cathode activity for varying radii of concentric circular cathode areas. A figure of merit is introduced which characterizes the cathode emission.     

碳纳米管阴极平板显示器的工艺研究

碳纳米管场致发射显示器是一种新型的真空器件，也是一种具有巨大应用潜力的平板型显示设备。本文详细地介绍了碳纳米管场致发射原理，给出了碳纳米管阴极平板显示器的基本结构和工作原理，对于显示器件的真空封装，碳纳米管阴极装配，控制栅极制作等工艺问题进行了阐述和研究。采用这些技术，已经研制出了碳纳米管阴极场致发射显示器的样品。     

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.     

碳纳米管场致发射结构的研究

碳纳米管以其特有的电学性质而成为一种优良的冷阴极材料。在场致发射器件中，真空度是决定发射稳定性的一个重要因素。如果碳纳米管阴极附近的真空度太低，将产生打火、气体电离、离子回轰阴极等问题，将导致阴极发射电流的迅速衰减。本文通过对基于碳纳米管冷阴极的二极管和三极管的场发射特性的实验，分挤了残余气体压强与外加电压、发射体工作时间的关系以及碳纳米管阵列的I-E曲线，利用这些结果可以优化碳纳米管场致发射结构的设计。