高流通碳纳米管冷阴极电子枪的研究设计及其应用
发布时间：2020-12-01 20:21
碳纳米管冷阴极电子枪作为微波真空电子器件发射源,具有瞬时启动、室温工作、电流密度大等诸多优势,因此在真空电子器件领域中有广阔的应用前景。目前对碳纳米管发射性能以及部分碳纳米管冷阴极结构化部件有许多研究成果,但碳纳米管冷阴极电子枪阴极发射性能(发射电流、稳定性等),栅网截获以及电子注质量等方面仍需进一步提升。对于碳纳米管冷阴极电子枪实用化存在的不足,本文对利用印刷涂层法制备面向实用化的碳纳米管冷阴极电子枪开展研究,通过一系列结构和参数的模拟仿真,设计实用化冷阴极电子枪以及流通管结构,并制备所设计电子枪,经测试得到了良好的发射性能。在电子枪的阴极结构方面,通过印刷涂层法制备碳纳米管薄膜得到碳纳米管冷阴极,在动态直流测试条件下,阴极最大发射电流为22mA,对应的发射电流密度为2.81A/cm~2(阴极面积为0.785mm~2)。在连续30小时稳定性测试条件下,初始为4.12mA的阴极发射电流最大跌幅为9.5%。在测试中,面向实用化的碳纳米管冷阴极表现出了良好的发射特性和发射稳定性。对冷阴极电子枪各主要部件进行仿真分析,确立了由平面阴极、洞状栅极、平板型聚焦极和开孔阳极所组成的碳纳米管冷阴极电...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
行波管及其应用场景但是目前真空电子器件存在着体积重量大、易打火、寿命短以及不适合有源
圆柱形电子注。这类电子枪虽然结构简单，但由于注半径与阴极半径相同，所以电流密度受到阴极发射电流密度限制，仅在功率较小，对噪声要求较严格的行波管中（例如 C 波段瓦级功率噪声系数为 15 分贝左右的行波管）才使用。（2）皮尔斯球形枪如图 1-2（b）所示，电子枪由两个同心球面弧面结构组成，内球面相对于外球面有正电压，外球面的内表面具有发射电子能力，这样就能形成一个球形弧面二极管，外球弧面为阴极，内球弧面为阳极。为了得到圆柱形电子注，在阳极面上开一个孔将电子流引出来。这种皮尔斯电子枪一般用于速调管中。（3）皮尔斯汇聚枪如图 1-2（c）所示，采用球面阴极配以适当形状的聚焦极和阳极，使电子注离开阴极后得到汇聚。这种枪可以形成电流密度较高的电子注，而阴极负荷又不至于过重。由于阳极孔径的存在，这类枪的导流系数一般低于 1 微朴。
就可以具有控制阴极发射电流大小的能力。栅极截止电压定阳极处于其工作电压时，电子注正好被完全截止时的负电压；栅极的截获常工作状态下栅极截获的电流与阴极发射总电流的比值。栅极在截止时，为负值，当需要电子枪进行正常发射时，只需在栅极上施加一个正电压就。这种栅极电子枪可以方便有效地对器件进行调制，但它也存在缺陷。由发射出的电子注大多是均匀的，栅极结构中即使栅丝再细也会截获一部分同时在施加电压时，会影响相对规则的空间电场分布，引起电子注畸变，截获电子后，栅极将会产生功率消耗发热等问题。为了缓解上述问题可采用非截获栅（双栅），如图 1-3（b）所示，这种结阴极表面多加一个与阴极同电位，并且在光学结构栅孔与控制栅孔一一对影栅，这样使得被阴影栅所覆盖的阴极部分不发射，从而被控制栅截获的会相应地减小。一般这种结构多用于中小功率微波管。
【参考文献】：
期刊论文
[1] 周俊涛 .
硕士论文
[1]真空电子器件的新机理研究[J]. 廖复疆. 真空电子技术. 2017(01)
[2]热阴极的发展现状[J]. 方荣,陆玉新. 真空电子技术. 2015(01)
[3]碳纳米管场发射阴极技术国内外发展现状研究[J]. 孙丽君. 现代工业经济和信息化. 2014(07)
[4]氢吸附开口碳纳米管场发射密度泛函研究(英文)[J]. 张君德,樊志琴,孙凯. 激光与光电子学进展. 2012(09)
[5]氢分子吸附碳纳米管场发射性质的密度泛函理论研究(英文)[J]. 孙凯,樊志琴,刘秀英. 科学技术与工程. 2011(25)
[6]大直径钪酸盐阴极发射特性[J]. 杨安民,夏连胜,王辉,余志强,李季,石金水,张篁,刘星光,刘云龙,潘海峰. 强激光与粒子束. 2011(06)
[7]测试环境对碳纳米管场发射性能的影响[J]. 陈伟中,王蜀霞,贺叶露,陈西浩,杜声玖. 功能材料. 2010(08)
[8]真空电子学和微波真空电子器件的发展和技术现状[J]. 丁耀根,刘濮鲲,张兆传,王勇. 微波学报. 2010(S1)
[9]高功率微波源用阴极材料的研究现状[J]. 钟文丽,白书欣,陈忠道,杨盛良. 材料导报. 2008(11)
[10]爆炸发射阴极特性的研究进展[J]. 宋法伦,金晓,张永辉,向飞. 物理. 2007(03)
本文编号：2895025
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
行波管及其应用场景但是目前真空电子器件存在着体积重量大、易打火、寿命短以及不适合有源
圆柱形电子注。这类电子枪虽然结构简单，但由于注半径与阴极半径相同，所以电流密度受到阴极发射电流密度限制，仅在功率较小，对噪声要求较严格的行波管中（例如 C 波段瓦级功率噪声系数为 15 分贝左右的行波管）才使用。（2）皮尔斯球形枪如图 1-2（b）所示，电子枪由两个同心球面弧面结构组成，内球面相对于外球面有正电压，外球面的内表面具有发射电子能力，这样就能形成一个球形弧面二极管，外球弧面为阴极，内球弧面为阳极。为了得到圆柱形电子注，在阳极面上开一个孔将电子流引出来。这种皮尔斯电子枪一般用于速调管中。（3）皮尔斯汇聚枪如图 1-2（c）所示，采用球面阴极配以适当形状的聚焦极和阳极，使电子注离开阴极后得到汇聚。这种枪可以形成电流密度较高的电子注，而阴极负荷又不至于过重。由于阳极孔径的存在，这类枪的导流系数一般低于 1 微朴。
就可以具有控制阴极发射电流大小的能力。栅极截止电压定阳极处于其工作电压时，电子注正好被完全截止时的负电压；栅极的截获常工作状态下栅极截获的电流与阴极发射总电流的比值。栅极在截止时，为负值，当需要电子枪进行正常发射时，只需在栅极上施加一个正电压就。这种栅极电子枪可以方便有效地对器件进行调制，但它也存在缺陷。由发射出的电子注大多是均匀的，栅极结构中即使栅丝再细也会截获一部分同时在施加电压时，会影响相对规则的空间电场分布，引起电子注畸变，截获电子后，栅极将会产生功率消耗发热等问题。为了缓解上述问题可采用非截获栅（双栅），如图 1-3（b）所示，这种结阴极表面多加一个与阴极同电位，并且在光学结构栅孔与控制栅孔一一对影栅，这样使得被阴影栅所覆盖的阴极部分不发射，从而被控制栅截获的会相应地减小。一般这种结构多用于中小功率微波管。
【参考文献】：
期刊论文
[1] 周俊涛 .
硕士论文
[1]真空电子器件的新机理研究[J]. 廖复疆. 真空电子技术. 2017(01)
[2]热阴极的发展现状[J]. 方荣,陆玉新. 真空电子技术. 2015(01)
[3]碳纳米管场发射阴极技术国内外发展现状研究[J]. 孙丽君. 现代工业经济和信息化. 2014(07)
[4]氢吸附开口碳纳米管场发射密度泛函研究(英文)[J]. 张君德,樊志琴,孙凯. 激光与光电子学进展. 2012(09)
[5]氢分子吸附碳纳米管场发射性质的密度泛函理论研究(英文)[J]. 孙凯,樊志琴,刘秀英. 科学技术与工程. 2011(25)
[6]大直径钪酸盐阴极发射特性[J]. 杨安民,夏连胜,王辉,余志强,李季,石金水,张篁,刘星光,刘云龙,潘海峰. 强激光与粒子束. 2011(06)
[7]测试环境对碳纳米管场发射性能的影响[J]. 陈伟中,王蜀霞,贺叶露,陈西浩,杜声玖. 功能材料. 2010(08)
[8]真空电子学和微波真空电子器件的发展和技术现状[J]. 丁耀根,刘濮鲲,张兆传,王勇. 微波学报. 2010(S1)
[9]高功率微波源用阴极材料的研究现状[J]. 钟文丽,白书欣,陈忠道,杨盛良. 材料导报. 2008(11)
[10]爆炸发射阴极特性的研究进展[J]. 宋法伦,金晓,张永辉,向飞. 物理. 2007(03)
本文编号：2895025
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2895025.html
