碳纳米管冷阴极电子枪的电子光学设计

基于皮尔斯电子枪设计理论,提出了一种碳纳米管场致发射阴极电子枪的电子光学设计方案。电子枪阴极半径为0.5 mm,保持阴阳极电压不变,动态调整栅极电压,并利用计算机技术仿真软件（CST）对其进行仿真优化研究;结果表明,栅极最佳电压值为-14 kV,对应阴极发射电流为15.08 mA,阳极处电子束半径约为0.1 mm。研究为碳纳米管冷阴极栅极结构的设计提供了一种新的思路。     

碳纳米管冷阴极电子枪栅网电子通过率的仿真及实验

本文在栅网结构碳纳米管冷阴极电子枪原型器件的基础上,研究了栅网通过率对冷阴极电子枪阴极发射和电子通过率的影响。首先通过计算机仿真了栅网通过率对阴极发射电流及阳极电流的影响,在其他条件相同的情况下,栅网通过率为80%左右时可得到最大阳极电流;其次根据仿真结果加工了两种不同栅网通过率的电子枪原型并进行了测试,得到的实验结果与仿真基本一致,最后从理论上对实验结果进行了分析,对进一步研究冷阴极电子枪提供了技术依据。     

碳纳米管场发射微焦点高速X射线管

具有快速启动和高速拍照特性的微焦点X射线管具有广泛的应用需求。一种基于碳纳米管场致发射阴极阵列的微焦点X射线管研制成功。采用由微波等离子体化学气相沉积方法制备出的高度定向的、具有优异场致发射性能的碳纳米管微束阵列作为X射线管的冷阴极,以此设计出由六边型铜网为栅极的多级式高分辨率电子光学系统,使该X射线管可以实现高速脉冲拍照特性。当栅极电压为2.7kV时,总发射电流达到2mA,碳纳米管相应的发射电流密度达到2.5A/cm2,此时X射线的焦斑尺寸为39μm,从而可以实现高分辨率X射线成像。     

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。     

碳纳米管复合阴极的稳定性研究

基于隧穿效应的双势垒模型,采用Sol-Gel法在ITO玻璃基底上制备了SiO2涂层碳纳米管阴极,利用SEM对阴极的形貌、结构进行分析,并对场发射性能、发射稳定性与发光特性进行研究,获得了发射电流高,稳定性良好的阴极.测试结果表明: SiO2质量分数为20%时阴极具有比较高的发射电流及较好的场发射稳定性能;阴极开启场为1.71 V/mm,在场强为2 V/mm时,发射电流密度为65 μA/cm2;发射电流在3 h内,波动小于3%.低成本丝网印刷制备的该阴极,适合于不同尺寸器件的冷阴极.     

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。     

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。     

高密度连续带状注电子枪仿真研究

传统的电真空辐射源向太赫兹频段发展进程中电子光学系统遇到诸多困难,而带状电子光学系统能够有效解决部分困难。文中采用粒子模拟软件分析了不同阴极面和聚焦极结构对形成带状注的影响,通过仿真计算,对所需要的双阳极带状电子光学系统进行了设计,分析了电子枪的聚焦极结构尺寸对电子注的形状及其性能参量的影响,最终在0.5T均匀磁场,工作电压为15kV,发射密度10A/cm2的情况下,获得带状电子注电流密度为50A/cm2,宽高比为11∶1,并且在20mm电子通道内脉动较小,流通率达到100%。     

D波段行波管电子光学系统设计

提出一种用于D波段行波管的电子光学系统设计方案,包括电子枪和永磁聚焦系统,并进行了验证。电子枪采用经典皮尔斯电子枪结构,阴极发射面的外层设置阴极套壳,抑制阴极边缘杂散发射;采用圆柱形控制极替代锥形控制极,同时在聚焦极加负偏压,调节电子注的压缩状态。所设计电子枪工作电压为19 kV,提供电子注电流57 mA,注腰半径为0.068 mm,射程为14.9 mm。为在半径0.15 mm的电子通道中稳定地聚焦和传输电子注,永磁聚焦系统采用周期永磁聚焦系统。峰值磁场为布里渊磁场的2.9倍,增加了电子注刚性。模拟结果显示,传输的电子注最大波动半径小于0.1 mm。按所设计的电子光学系统加工组装了试验流通短管,测试结果显示电子注电流为49.83 mA,收集极电流为49.6 mA,对应电子注流通率达到99.5%,实现了设计目标。     

1.03THz折叠波导慢波结构及电子光学系统研究

太赫兹真空电子器件成为未来主要的发展方向,本文对1.03 THz折叠波导慢波结构及电子光学系统进行了研究,分析了不同电子注通道形状对于折叠波导特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗、衰减特性、功率、增益等,并且利用OPERA 3D软件设计了电子光学系统。仿真结果表明,在中心1.03 THz频率处,与矩形电子注通道折叠波导慢波结构相比,圆形电子注通道的结构色散曲线更为平缓,耦合阻抗提升6.9%,损耗降低6.8%;在10 GHz带宽内功率提升47.4%,增益提升1.2 dB,互作用长度缩短12.3%。在工作电压为17.4 kV时,阴极发射电流大于3 mA,电子注半径为0.012 mm,在均匀区永磁聚焦系统中可稳定传输。     

基于Spindt冷阴极的行波管电子枪设计

针对X波段小型化Spindt冷阴极螺旋线行波管进行了电子枪设计。基于皮尔斯型电子枪结构,联合PPM高频聚焦系统,以电子注聚焦特性为优化目标,采用CST粒子工作室对电子枪结构和工作参数进行了优化设计,获得了30 mA工作电流下电子注填充比为0.68的良好电子注聚焦。在此电子枪结构和高频结构下,分析了特定电流下电子注聚焦与轴向磁场的关系以及特定磁场下电子注聚焦与工作电流的关系,研究结果表明,皮尔斯型电子枪结构实现电子注良好聚焦的电流密度阈值约为5 A/cm 2,为冷阴极行波管电子枪设计奠定了理论基础。     

铁电冷阴极材料电子发射实验研究

铁电冷阴极材料是一种在脉冲电压激励下从铁电表面获得很强的脉冲电子发射的新型功能材料。如何提高该材料的发射电流密度、束发射度和束亮度,是其研究的一个热点。本实验采用硅橡胶,清漆作为底电极表面及栅电极边缘的绝缘保护层,避免了表面放电现象,使得激励场强增大,从而极大地提高了铁电冷阴极材料的发射电流密度,最高达187 A/cm2,从归一化均方根发射度εn(m·rad)和归一化峰值亮度βn(A/m2·rad2)理论计算值来看,也大大改善了材料的束发射度和束亮度。     

Computer designs for beam pentodes

A computer program for the solution of Poisson's equation in two dimensions with mixed boundary conditions has been used to solve for electron trajectories in beam pentodes with circularly cylindrical cathode contours and round wire grids in the general configuration of many Pierce guns in parallel. Such designs can have nearly uniform cathode current density over the entire cathode surface and zero grid interception under all conditions of interest, including positive grid conditions. Operation with the plate voltage as low as 5 per cent of the screen grid voltage provides satisfactory secondary electron retention in a typical design for which complete transfer characteristics are computed.     

碳纳米管冷阴极材料制备及其场发射性能研究

在场发射显示器技术领域,碳纳米管被认为是目前最有前途的场发射冷阴极材料之一。碳纳米管具有低的场发射阈值电场,高的发射电流密度使它们比传统的热阴极材料以及其他的场发射冷阴极材料更适于实际的技术应用。介绍了碳纳米管的制备方法和场发射原理,并对碳纳米管的场发射性能研究进行了综合的评述。     

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。     

Electron beam in the presence of a periodic magnetic field with allowance for the thermal velocities of electrons

Equations are derived to study the effect of the initial transverse thermal velocities of electrons on the configuration of an intense electron beam in an electron-optical system with a significant divergence for the case of the beam focusing by a periodic magnetic field. It is demonstrated that the minimization of the effect of thermal velocities of electrons in the electron-optical system with the given level of the periodic focusing field and the cathode radius and temperature and the limiting compression of the beam in the presence of such a field is reached with the shaping systems in which an optimal magnetic flux passes through the cathode and the flux depends on the parameters of the thermal beam and the focusing field.     

渍制钪酸盐钡钨阴极脉冲性能的研究

本文对渍制钪酸盐钡钨阴极的脉冲性能作了下述几方面的研究。(1)脉冲发射水平和逸出功分布;(2)脉冲运用下的电子初速分布;(3)脉冲工作比效应;(4)强场下的非常肖特基效应。 本阴极在Tk=850℃下能提供的脉冲发射电流密度大于20A/cm2;平均逸出功=1.7eV;发射的不均匀性与国外报道的M型阴极的相近;在脉冲运用下,电子速度的分散值低于氧化物阴极的。本阴极在场强高于1104V/cm时,出现非常肖特基效应,本文用S值来表征。本阴极的S值明显高于渍制铝酸盐钡钨阴极和L阴极的。造成非常肖特基效应的主要原因是表面逸出功不均匀。在脉冲工作比f=510-3410-2范围内,支取8.8A/cm2时,本阴极有良好的平坦f特性,所以适用于长脉冲、大功率毫米波器件。 最后结合国内外对这种阴极的表面分析结果,对本文的实验结果进行了讨论,这些讨论有助于阐明本阴极的发射机制。     

一种电子枪分析设计

设计一种大功率轰击型六硼化镧电子枪。以传热学理论基础和重要结论为依据,得出能减小阴极电子枪热量损失的几个设计与材料选取原则。利用有限元法对轰击型六硼化镧电子枪阴极模型进行热模拟。依据模拟结果设计一种轰击型六硼化镧阴极电子枪,其发射面直径为2.0 mm,当加热功率为80.0 W时,阴极温度达到1 569℃所发射电子束束流密度达到5.55 A/cm2,并且发射稳定、束斑均匀、发散度小,反复暴露于大气后仍能正常工作。