GEM电场和电子轨迹的三维模拟研究

利用有限元法模拟了三维双碗型GEM电场和电子轨迹,计算了不同几何尺寸(包括小孔外径D、内径d、厚度T)和电参数(GEM上下电极电压差Vgem、漂移电场场强Ed、收集电场场强Ei)下的静电场和电子轨迹,研究不同几何结构和电参数对电场分布和电子透过率的影响.分析表明,D、T、Vgem对场强分布的影响比较大,d、Ed、Ei对GEM微孔内的电场影响不大.只有D、d、Ed、Vgem会对电子透过率产生影响,其余参数改变下的电子透过率与文中基准模型的一样,为35.26％,结果表明几何光学的透过率和微孔附近的电场共同决定了GEM中的电子透过率.     

微小孔径场发射阵列的电子束特性数值模拟

以场发射基本原理为基础,简化三极管阵列模型,采用有限差分法对微孔径场发射阵列进行了三维模拟.通过改变栅极孔径和尖锥高度并保持其它参数不变的情况,从而获得阳极电子束斑的直径.得到不同情况下的阳极电子束光斑直径的变化.分析了导致电子束光斑大小变化的原因.得出与实际相符合的数值模拟,为试验提供设计依据.     

场发射结构的有限元模拟

采用ANSYS有限元计算程序，对场致发射体进行模拟计算，初步研究了发射体的几何形状尺寸与其发射特性之间的联系。通过对不同几何尺寸发射体的计算结果的分析，认为发射体的尖端曲率半径及栅极的开口直径是影响发射体发射特性最主要的因素。依据合肥国家同步辐射实验室的LIGA深度光刻技术，给出可行的几何形状。     

场致电子发射技术分析

本文介绍了发射的机理致发射的几种不同类型的阴极,叙述了类金刚石薄膜作为场致发射阴极的优点,最后对场致发射的应用进行了分析。     

平面型场发射显示器的自聚焦效应

用有限差分法分析了平面型场发射显示器中的电场分布，给出了发射电子的运动轨迹，证明了在薄膜结构的平面阴极器件中存在自聚焦效应。聚焦效果取决于上电极宽度、上电极电压、阳极电压、以及阳极和上电极的间距。由于电子束的自聚焦作用，上电极和阳极的间距可以加大，因此可以使用CRT高压荧光粉，这是平面操作与微尖型器件相比具有的优点之一。     

具有微小栅极孔径的场发射阴极的模拟

利用有限元方法计算了具有微小栅极孔径的Spindt结构场发射阴极在不同栅极形状、孔径、电压下的电场分布和电子轨迹，并根据电子运动轨迹计算了场发射电子束的发散角和发射效率。计算结果表明微小栅极孔径可以有效减小场发射电子束的发散，同时通过调整栅极的形状可以获得较高的场发射效率。     

多级场发射结构模拟及特性研究

以场发射基本原理为基础,建立四种四极管模型,采用有限差分法对微孔径场发射阵列进行了模拟.在建立模型时,采用的是相同的结构参数,如栅极到阳极间的距离,发射体尖锥的材料和形状,绝缘层的厚度以及各个结构体的电压.各个模型不同的地方在于聚焦级的位置和厚度不同.通过调整聚焦级的位置找到各种结构的最佳发射性能位置,然后通过比较在不同栅极电压的情况下,比较四种结构发射的特性如聚焦性和电流大小,得到一般性结论,并讨论分析了导致电子束光斑大小变化的原因,得出与实际相符合的数值模拟和优化结构,为试验提供设计依据.     

场致发射尖端电场分布及其模拟误差研究

场致发射器件中,发射电流密度的大小和阴极表面场强呈指数关系,较为精确地计算尖端附近场强对精确计算发射电流是至关重要的。本文主要研究了不同网格划分对模拟结果产生的影响,对比了解析解和模拟结果,分析了网格细化过程中产生的误差;讨论了尖端半径、发射体高度、锥尖距离对球形顶圆锥模型尖端场强的影响。研究表明,随着网格尺寸的减小．模拟精度可以得到提高;但是当网格尺寸减小到某一数值后,误差值反而增大。最小网格尺寸约为尖端半径的1．5％时模拟结果最佳。     

场致发射微型阴极阵列结构的研究

本文采用考虑空间电荷影响的空间电场计算程序,对场致发射体进行模拟计算;初步研究了发射体的几何形状尺寸与其发射特性之间的联系。通过计算分析,可以认为发射体的尖端曲率半径及栅极的开口直径是影响发射体发射特性的最主要的因素。合肥国家同步辐射实验室的ＬＩＧＡ 深度光刻技术,能给出一个可行的几何结构。计算表明点阵密度为１０７／ｃｍ ２ 的直径为６ ｍ ｍ 的硅发射体发射阵列,在８０ Ｖ 的栅极电压下可以取得１０ Ａ 以上的发射电流     

双门聚焦结构场发射阵列阴极的计算机模拟

采用有限差分算法,对双门聚焦结构的场致发射阵列阴极进行了三维模拟计算,得到了锥尖处的电场强度,电子的运动轨迹及电位分布图.结果表明,聚焦极电位、聚焦极孔半径及聚焦极与栅极间距的变化对锥尖电场影响不大,但对电子轨迹影响很大.当聚焦极电位超过140 V时,电子束的会聚作用消失;低于-30 V时,电子束轨迹出现交叉.减小聚焦极孔径可以加强电子束的会聚作用,但当其减小至0.75 μm时,聚焦极会捕获部分边缘电子.因此在实际确立聚焦极参量时,应主要从聚焦极对电子束轨迹的会聚作用方面考虑,其次再考虑聚焦极对锥尖场强的影响.