脈沖場致發(fā)射性能研究及其器件應(yīng)用.pdf

1、場致發(fā)射電子源具有瞬間啟動和強脈沖發(fā)射等優(yōu)勢，在微型真空器件中有較好的應(yīng)用前景。在場發(fā)射X射線管和冷陰極微波管等器件中，電子源往往工作在脈沖發(fā)射模式下，而且僅有真空運流電流對器件的射線和高頻功率輸出有貢獻。與直流穩(wěn)態(tài)場致發(fā)射相比較，脈沖場致發(fā)射的物理過程比較復雜，它不僅涉及場發(fā)射體的隧穿電子發(fā)射，還涉及真空環(huán)境下各個電極之間的位移電流，以及電容充放電對場發(fā)射能力的影響等。因此，研究脈沖場致發(fā)射的物理過程和電路模型，以及探索在脈沖場發(fā)射模

2、式下運流電流的瞬間發(fā)射狀態(tài)具有重要的意義。
　　直流場致發(fā)射性能的研究已經(jīng)較為成熟，但在脈沖場致發(fā)射的研究還不夠深入和系統(tǒng)。本文針對上述問題，分別研究了脈沖二極管場致發(fā)射特性、脈沖三極管場致發(fā)射特性，最后探索了脈沖場致發(fā)射在X射線管的應(yīng)用。主要研究工作和成果如下:
　　1.設(shè)計并制作了用于脈沖場致發(fā)射性能研究的高壓脈沖電源，為后續(xù)脈沖場致發(fā)射性能研究奠定基礎(chǔ)。
　　具體制作中采用5個IGBT串聯(lián)的方式，利用FPGA產(chǎn)生

3、短脈沖信號，光纖同步電路將此信號分成5路信號，來實現(xiàn)同步控制5個IGBT的開通與關(guān)斷。該高壓電源可產(chǎn)生幅值0～6kV，峰值功率400W，脈沖寬度ms級且可調(diào)的高壓脈沖。
　　2.建立了脈沖場致發(fā)射電路模型，分析了脈沖場發(fā)射瞬態(tài)電流波動的原因，并實驗研究了脈沖場發(fā)射物理過程。
　　在脈沖二極管場發(fā)射實驗研究中，發(fā)現(xiàn)脈沖場發(fā)射瞬態(tài)電流并不穩(wěn)定，隨著脈沖場致發(fā)射電流的增大波動性越劇烈。為此文中設(shè)計三組實驗且對場發(fā)射二極結(jié)構(gòu)建立電路

4、模型，通過實驗與數(shù)值模擬結(jié)果對照發(fā)現(xiàn)，這是由于場致發(fā)射電流電壓的非線性和極間電容共同導致的結(jié)果。
　　3.通過對柵網(wǎng)蒸鍍氧化鎂薄膜和覆蓋碳膜，改進了在脈沖場發(fā)射三極結(jié)構(gòu)中，柵極較高電壓下透過率過低問題。
　　在脈沖三極管場致發(fā)射性能實驗中發(fā)現(xiàn)，隨著柵網(wǎng)電壓的增高柵網(wǎng)電子透過率急劇下降，如在脈沖場發(fā)射電流為6.3mA時，穿過柵網(wǎng)到達陽極的電流僅為1.25mA，透過率僅為19.8％。實驗中分別對柵網(wǎng)蒸鍍150nm厚的氧化鎂薄膜和