行波管用碳納米管場發(fā)射陰極組件的研制.pdf

1、碳納米管具有優(yōu)良的場發(fā)射性能，將碳納米管場發(fā)射陣列應(yīng)用于行波管電子槍以取代現(xiàn)有的熱陰極是目前的研究熱點。本文采用微波等離子體化學氣相沉積法制備出與襯底垂直度良好、均勻一致的碳納米管場發(fā)射陣列，以滿足行波管冷陰極的要求。本論文主要完成了以下研究內(nèi)容：
　　(1)碳納米管制備工藝。研究了催化劑Fe的厚度對碳納米管陣列的影響，發(fā)現(xiàn)當Fe的厚度為6nm時得到的樣品形貌較好；Ti/Cu/Al/Fe催化劑結(jié)構(gòu)能夠制備出與襯底粘附性較好、排列整

2、齊、與襯底垂直度較好的碳納米管陣列；在TiN襯底上能夠制備出性能優(yōu)良的碳納米管場發(fā)射陣列。
　　(2)增強碳納米管與基底粘附性。為增強碳納米管與襯底之間的粘附性，將碳納米管生長在微孔中，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法以封閉碳納米管與硅微孔側(cè)壁之間的縫隙，并取得了一定的結(jié)果；另一種方法使表面的Ti擴展使碳納米管與微孔側(cè)壁的縫隙被封閉，并取得了較好的結(jié)果。
　　(3)碳納米管陣列柵極的設(shè)計與制備。分別設(shè)計了可用于行波管的碳納米管陣列的外柵極和內(nèi)

3、柵極陰極組件，并采用電磁粒子仿真軟件進行建模仿真。仿真結(jié)果表明：外柵極結(jié)構(gòu)柵控效率高；內(nèi)柵極結(jié)構(gòu)下，柵極不會截獲電子，同時柵極的存在可以減小陽極的開啟電壓和閾值電壓，但不能屏蔽陽極對碳納米管的影響。最后制備出了內(nèi)、外柵結(jié)構(gòu)的陰極組件。
　　(4)碳納米管場致發(fā)射的穩(wěn)定性。為提高碳納米管的場發(fā)射穩(wěn)定性，對樣品進行退火研究，結(jié)果表明在800℃的退火溫度下，碳納米管與襯底的粘附力得到增強。測試的I-V特性表明碳納米管陣列場發(fā)射電流密度可