激光沉積鑭鉬薄膜陰極的表面分析和發(fā)射機(jī)理研究.pdf

1、真空發(fā)射管用鑭鉬陰極是一種新型的發(fā)射材料，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的具有放射性的釷鎢陰極。陰極發(fā)射是一種表面現(xiàn)象，更多依賴于表面層的成分、結(jié)構(gòu)等，實(shí)驗(yàn)已證實(shí)陰極工作時(shí)表面形成的LaOx(x＜1.5)化合體薄膜，在發(fā)射中起到重要作用，但是La/O變化是如何影響陰極的發(fā)射性能仍不明確，由于陰極工作的真空苛刻性及La本身易氧化等特點(diǎn)，在陰極發(fā)現(xiàn)近四十年以來一直難于得到證實(shí)。深入研究表層物質(zhì)在發(fā)射中的作用，將有利于加深對(duì)陰極發(fā)射機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為推動(dòng)鑭鉬陰極的

2、廣泛應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。 本論文采用多功能電子能譜儀與激光脈沖沉積相連的原位陰極研究裝置，利用激光脈沖沉積制備不同鑭氧比的薄膜近似模擬陰極表面發(fā)射層，并在相似的陰極工作環(huán)境進(jìn)行了發(fā)射性能測(cè)試及表面AES原位分析，首次得到陰極表面La/O變化對(duì)陰極發(fā)射性能的影響關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，論文理論分析了在La/O變化的不同階段陰極所具有的發(fā)射機(jī)理，提出了不同于傳統(tǒng)陰極發(fā)射理論的新觀點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際陰極的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出解釋。 論文通過對(duì)陰極研

3、究裝置各部分功能深入研究，結(jié)合所制備薄膜陰極的發(fā)射性能及表面分析，確定了制備薄膜陰極的最佳沉積及測(cè)試條件。工藝條件固定為沉積時(shí)間15分鐘，薄膜厚度100nm，測(cè)試溫度1483K。 改變沉積室真空度，制備了La/O不同的薄膜陰極，通過發(fā)射性能測(cè)試和表面原位AES分析，發(fā)現(xiàn)了表面鑭氧比變化對(duì)陰極的發(fā)射性能的影響趨勢(shì)。隨著表面物質(zhì)中La/O增大，陰極的發(fā)射性能增強(qiáng)。 深入研究了鑭鉬薄膜陰極發(fā)射性能與陰極表面La/O變化的關(guān)系并

4、做出相應(yīng)的理論分析。在表面La/O偏離氧化鑭化學(xué)計(jì)量的不同階段，影響趨勢(shì)和發(fā)射機(jī)理都不相同。在表面La/O稍微偏離氧化鑭的化學(xué)計(jì)量時(shí)，鑭以同類雜質(zhì)的形式在發(fā)射體中起作用，薄膜可以看作是n型半導(dǎo)體，用半導(dǎo)體模型來解釋陰極發(fā)射機(jī)理；在La/O較大偏離氧化鑭的化學(xué)計(jì)量時(shí)，雜質(zhì)濃度加大，出現(xiàn)La超微粒子。論文提出鑭超微粒子埋藏于氧化鑭基質(zhì)的模型解釋，利用能帶理論，形象地描述了電子發(fā)射的過程，確定了埋藏于La2O3基質(zhì)中的鑭超微粒子由于其電子比L