場致發(fā)射陣列陰極技術(shù)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(yù)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(xué)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(shù)和薄膜技術(shù)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(jīng)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(yīng)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(nèi)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(guān)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(jié)構(gòu)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(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加工技術(shù)和薄膜沉積技術(shù)制作的柵控金屬微尖場致發(fā)射體陣列