場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極技術(shù)研究.pdf

1、場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極(FEA)是一種工作在場(chǎng)致發(fā)射下的冷陰極,具有瞬時(shí)啟動(dòng)、無(wú)預(yù)熱延遲、功耗小、室溫工作,發(fā)射電流密度遠(yuǎn)大于目前的熱陰極等優(yōu)勢(shì).用它取代中小功率行波管(TWT)中的熱陰極,可以減小器件尺寸和重量,提高效率與使用壽命,場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極(FEA)是十分理想的電子源.該文首先綜述了真空微電子學(xué)及其核心場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀:1968年C.A.Spindt首次報(bào)道利用電子束加工技術(shù)和薄膜技術(shù)進(jìn)行鉬微尖場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極(Sp

2、indt陰極)的制作和測(cè)試.之后,人們開(kāi)始了對(duì)場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極多方面的研究.目前,Spindt陰極是所有報(bào)道的發(fā)射電流密度最大的陰極,鉬微尖、柵控、硅基場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極(FEA)在650A/cm<'2>電流密度下,已經(jīng)顯示出大于8年的長(zhǎng)壽命和可靠性.最大發(fā)射電流密度已達(dá)到2000A/cm<'2>.該文首先對(duì)場(chǎng)致發(fā)射機(jī)理進(jìn)行了理論研究;通過(guò)Fowler-Nordheim方程及Fowler-Nordheim曲線分析場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極,特別是S

3、pindt陰極的發(fā)射特性;分析空間電荷效應(yīng)對(duì)場(chǎng)發(fā)射三極管區(qū)及FEA電子槍中強(qiáng)流電子注散焦的影響.該文介紹了場(chǎng)致發(fā)射三極管的有限差分程序,詳細(xì)敘述了程序的物理模型、基本原理及程序的主要內(nèi)容.該文使用場(chǎng)致發(fā)射三極管模擬程序,進(jìn)一步討論三極管的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù),如柵孔半徑、柵極厚度、發(fā)射體高度等對(duì)發(fā)射特性的影響;在解決強(qiáng)流電子注的聚焦問(wèn)題上,首先通過(guò)模擬計(jì)算分析了單個(gè)微尖發(fā)射體的垂直雙柵聚焦問(wèn)題,認(rèn)為聚焦極孔徑,電壓的減小,聚焦極和柵極間距的增大

4、,均能對(duì)電子注起到聚焦作用,但同時(shí)也降低了發(fā)射體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度,減小發(fā)射電流.而且在該文這種特定結(jié)構(gòu)下,添加的聚焦電極會(huì)在聚焦的同時(shí),減小發(fā)射電流.比較有效的提高發(fā)射電流的方法是增大聚焦極孔徑或者提高柵極的柵壓.其次分析了微尖發(fā)射體陣列在電子槍中的整體聚焦情況,改變聚焦極形狀和電壓,得到較平行的電子注發(fā)射.該文還闡述了垂直雙柵聚焦結(jié)構(gòu)的FEA的制作工藝.垂直雙柵結(jié)構(gòu)的制作工藝基于微細(xì)加工技術(shù)和薄膜沉積技術(shù)制作的柵控金屬微尖場(chǎng)致發(fā)射體陣列