高穩(wěn)定性大電流密度冷陰極的研究.pdf

1、Spindt陣列陰極雖然可以實現(xiàn)較大的發(fā)射電流，但是其加工難度大、成本高，不利推廣，而碳納米管場致發(fā)射陰極具有發(fā)射電流密度大、瞬時啟動、室溫工作、制備工藝簡單和成本低等特點，在電真空器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。為獲得高穩(wěn)定性大電流、高電流密度的碳納米管陰極，課題分別從絲印型碳納米管場致發(fā)射陰極的制備工藝和測試工藝兩方面進行了深入的研究。此外，課題還利用仿真軟件進行了碳納米管場發(fā)射陰極三極結(jié)構(gòu)的電子光學(xué)設(shè)計研究。
　　二極管測試:在

2、前期研究的基礎(chǔ)上，課題采用絲網(wǎng)印刷法制備得到了碳納米管陰極，結(jié)果表明，在線（動態(tài)排氣）水冷條件下，最大發(fā)射電流密度為2.229A/cm2，對應(yīng)的總發(fā)射電流值為17.5mA，二極管的總功率則超過了88.03W，同時對應(yīng)的Fowler-Nordheim曲線則呈現(xiàn)出了未曾有過的三段式變化趨勢，針對于此，課題綜合采用雙勢壘模型和虛陽極模型對其進行了分析，為解釋碳納米管陰極的大電流發(fā)射機理提供了一種思路。
　　穩(wěn)定性測試中，發(fā)射電流密度為1

3、.61A/cm2時，持續(xù)工作750分鐘后，電流最大波幅為6.88％，表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，基本達到了諸如小型行波管等真空功率器件的應(yīng)用要求。
　　為了進一步改善絲印碳納米管陰極的場致發(fā)射性能，課題在傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的基礎(chǔ)之上，采用局域加熱化學(xué)氣相沉積法在陰極表面進行了碳納米管的二次生長。二次生長后陰極表面形貌的SEM表征表明，該方法能夠在絲網(wǎng)印刷碳納米管陰極表面進行有效的碳納米管二次生長，且二次生長所得到的碳納米管長度和直徑分布均勻，