場致發(fā)射陣列陰極技術研究.pdf

1、場致發(fā)射陣列陰極(FEA)是一種工作在場致發(fā)射下的冷陰極,具有瞬時啟動、無預熱延遲、功耗小、室溫工作,發(fā)射電流密度遠大于目前的熱陰極等優(yōu)勢.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及其核心場致發(fā)射陣列陰極的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀:1968年C.A.Spindt首次報道利用電子束加工技術和薄膜技術進行鉬微尖場致發(fā)射陣列陰極(Sp

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

3、pindt陰極的發(fā)射特性;分析空間電荷效應對場發(fā)射三極管區(qū)及FEA電子槍中強流電子注散焦的影響.該文介紹了場致發(fā)射三極管的有限差分程序,詳細敘述了程序的物理模型、基本原理及程序的主要內容.該文使用場致發(fā)射三極管模擬程序,進一步討論三極管的幾個關鍵參數(shù),如柵孔半徑、柵極厚度、發(fā)射體高度等對發(fā)射特性的影響;在解決強流電子注的聚焦問題上,首先通過模擬計算分析了單個微尖發(fā)射體的垂直雙柵聚焦問題,認為聚焦極孔徑,電壓的減小,聚焦極和柵極間距的增大

4、,均能對電子注起到聚焦作用,但同時也降低了發(fā)射體表面的電場強度,減小發(fā)射電流.而且在該文這種特定結構下,添加的聚焦電極會在聚焦的同時,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構的FEA的制作工藝.垂直雙柵結構的制作工藝基于微細加工技術和薄膜沉積技術制作的柵控金屬微尖場致發(fā)射體陣列