含鈧擴(kuò)散陰極發(fā)射特性與發(fā)射機(jī)理的研究.pdf

1、含鈧陰極以其低溫大電流密度發(fā)射的優(yōu)勢(shì),被譽(yù)為“下一代熱陰極的主要代表”,在高功率高頻率真空電子器件領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。但鈧陰極發(fā)射機(jī)理尚沒(méi)有給出確切解釋,非正常肖特基效應(yīng)為代表的特殊發(fā)射性質(zhì)的原因尚不明確。本論文在氧化鈧摻雜擴(kuò)散陰極的電流發(fā)射特性基礎(chǔ)上,對(duì)鈧陰極發(fā)射機(jī)理及異常肖特基效應(yīng)成因進(jìn)行探討。
　　 采用平行板二極管法測(cè)試了鈧鎢陰極的發(fā)射性能,結(jié)果顯示陰極在800℃b時(shí)的偏離點(diǎn)電流Jdiv為28.22A/cm2,S

2、DI陰極在激活良好時(shí),JFSCL=50A/cm2Miram曲線的膝點(diǎn)溫度約850℃b,當(dāng)JFSL增加一倍時(shí),曲線間隔約為20℃b。SDI陰極實(shí)際逸出功分布峰值隨電流密度增加向逸出功減小的方向移動(dòng)。
　　 分別采用單原子層模型、Wright半導(dǎo)體模型、Maloney半導(dǎo)體模型各自考慮與不考慮肖特基效應(yīng)(考慮肖特基效應(yīng)意味著加入外電場(chǎng)的影響作用)進(jìn)行理論Miram曲線計(jì)算。結(jié)果顯示,在各類(lèi)模型中,考慮肖特基效應(yīng)的Wright半導(dǎo)體模

3、型的Miram曲線,當(dāng)JFSCL增加一倍時(shí),曲線間隔約為25℃b,與實(shí)測(cè)結(jié)果最接近。利用Longo發(fā)射方程重新進(jìn)行上述模型的理論Miram曲線計(jì)算,空間電荷區(qū)發(fā)射密度由Child-Langmuir定律決定,發(fā)射電流密度與溫度無(wú)關(guān),正比于外加電壓的3/2次方;溫度限制區(qū)電流則根據(jù)上述三種模型的發(fā)射方程決定。計(jì)算結(jié)果表明,仍是考慮肖特基效應(yīng)的Wright半導(dǎo)體模型,與實(shí)測(cè)結(jié)果最接近,其為陰極發(fā)射不飽和和Miram曲線獨(dú)特性質(zhì)的成因。

4、　　 發(fā)現(xiàn)激活良好的陰極表面存在納米小粒子。利用Maxwell2D模擬陰極表面小粒子附近區(qū)域的電場(chǎng),計(jì)算結(jié)果顯示陰極表面納米粒子增強(qiáng)其表面局域電場(chǎng),從而增強(qiáng)了局部電流發(fā)射密度,但增幅小于2倍。
　　 利用Materials Studio模擬計(jì)算Ba-O-W層的逸出功,對(duì)陰極發(fā)射影響做初步分析研究。結(jié)果顯示Ba-O-W層的逸出功,以Ba的含量為自變量,首先隨著B(niǎo)a的覆蓋率上升而逐漸降低,在達(dá)到最佳比例后上升,最后,趨近于一個(gè)穩(wěn)定