场发射电子源装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及场致电子发射领域。为了解决场发射阴极测试与老化过程中电流发射稳定性等问题，本实用新型专利技术提供了一种场发射电子源装置，其包括二极式场发射电子源、真空腔、真空泵机组、高压电源、高压脉冲驱动单元、真空环境监测单元和控制平台。二极式场发射电子源设置于真空腔内，并且，高压电源和高压脉冲驱动单元经真空腔法兰分别连接至二极式场发射电子源的阳极与阴极。控制平台经通讯线缆分别连接至高压电源、真空环境监测单元以及高压脉冲驱动单元。本实用新型专利技术通过对场发射电压进行反馈补偿，从而实现发射电流的稳定控制，具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
场发射电子源装置
本技术总体上涉及场致电子发射领域，更具体地涉及一种场致电子发射源装置以及利用其控制场发射阴极测试与老化过程中电流稳定性的方法。
技术介绍
场发射是指在外加电场的作用下，电子发生逸出的过程，即在外加电场的作用下阴极表面势垒高度变低、宽度变窄，大量电子由于量子隧道效应穿透表面势垒而逸出，而不需要另外增加能量。场发射阴极具有工作温度低、高时间分辨、可编程发射特点，在X射线管和X射线成像领域具有广泛的应用前景。而场发射阴极由于生长工艺的影响，存在电流发射稳定性问题，并且长时间工作会存在电流衰减。现有技术在阴极电流稳定性上采用栅极电流调节器，通过对场发射电压反馈补偿，从而实现发射电流的稳定，该方案需要进行复杂的电路设计，实现成本较高，难度较大。有鉴于此，需要开发一种新的技术来克服这些缺陷。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本技术提供了一种场致电子发射源装置以及利用其控制场发射阴极测试与老化过程中电流稳定性的方法，从而有效地解决场发射阴极测试与老化过程中电流发射稳定性、成本以及实施难度方面的问题。在本技术的一个方面，提供了一种场发射电子源装置，其可以包括二极式场发射电子源、真空腔、真空泵机组、高压电源、高压脉冲驱动单元、真空环境监测单元和控制平台。所述二极式场发射电子源设置于所述真空腔内。所述高压电源可以经所述真空腔的第一法兰连接至所述二极式场发射电子源的阳极，所述高压脉冲驱动单元经所述真空腔的第二法兰连接至所述二极式场发射电子源的阴极，所述真空环境监测单元经所述真空腔的第三法兰连接至所述真空腔，所述真空泵机组经所述真空腔的第四法兰连接至所述真空腔，所述控制平台经通讯线缆分别连接至所述高压电源、所述真空环境监测单元以及所述高压脉冲驱动单元。在一种实施方案中，所述高压脉冲驱动单元的一端接地。在一种实施方案中，所述阴极可以为生长在金属衬底上的碳纳米管，所述阳极可以为ITO导电玻璃或不锈钢片，所述阳极与所述阴极之间的距离可以介于100μm和200μm之间，优选为100μm左右；所述真空腔可以是定制的，并通过所述真空泵机组可以维持所述真空腔内的真空度介于10-6Pa与10-4Pa之间，优选为10-5Pa左右。在一种实施方案中，所述高压脉冲驱动单元可以包括低压脉冲驱动模块和高压切换模块。在一种实施方案中，所述真空泵机组可以由前级机械泵和分子泵组成。在一种实施方案中，在所述高压电源和所述二极式场发射电子源阳极之间可以串联有高压电阻。所述高压电阻优选为玻璃釉棒状高压电阻器。在一种实施方案中，所述真空环境监测单元可以包括真空计和真空电离规管，所述真空电离规管的测量端经所述第三法兰嵌入所述真空腔中，引出的电极端连接所述真空计。在一种实施方案中，所述控制平台可以与所述高压电源、所述高压脉冲驱动单元、以及真空检测单元进行通讯连接，并且所述控制平台采用LabVIEW上位机软件进行集成控制。在本技术的另一个方面提供了一种利用具有上述[0004]-[0011]段中的任一段的所述特征的场发射电子源装置控制场发射阴极测试与老化过程中电流稳定性的方法，其可以包括以下步骤：使所述场发射电子源的阴极电子发射能力与在所述阴极和所述阳极之间所施加的电场强度相关联，并且在所述阴极与所述阳极之间的间距固定的情况下，使得由高压电源输出到所述阳极的电压越高，所述阴极电子发射能力越强；在所述场发射电子源上加载持续的高压，采用高压脉冲驱动单元把加载在场发射电子源上的所述持续的高压调节成脉冲式高压；设定脉冲式高压的短脉冲宽度t1、短脉冲周期T1、长脉冲宽度t2、连续脉冲周期T2、以及幅值，其中所述t1＜t2，T1＜T2，每经过若干次短脉冲后输出一个长脉冲，以用于高压电源稳定读取测试中的电流，反馈给控制平台进行调节，并在下一个连续脉冲周期T2到来前完成调节过程。在一种实施方案中，所述调节过程可以通过以下步骤来实现：通过控制平台的上位机程序进行判断，当电流出现衰减时，则提高所述高压电源的输出电压来进行补偿，当电流突然增大时，则降低所述高压电源的输出电压进行抑制。在一种实施方案中，所述调节过程可以在整个过程采用动态反馈调节进行自动控制，且通过改变所述连续脉冲周期T2的次数来设置测试时间。在一种实施方案中，所述高压电源可以提供不超过5kV的电压，以及不超过200mA的电流。在一种实施方案中，所述幅值可以为2000-3000V左右。在一种实施方案中，所述t1可以介于10毫秒和100毫秒之间，优选50毫秒左右，而所述测试时间可以介于0.8秒至1.2秒之间，优选1秒左右。在一种实施方案中，所述真空环境监测单元可以将真空度变化值反馈给所述控制平台，再由所述控制平台判断是否关闭高压电源输出，以防止阴极持续打火导致所述阴极损坏。在一种实施方案中，工作时可以先开启所述真空泵机组的前级机械泵，由该机械泵将所述真空腔的真空度抽排至介于0Pa和100Pa之间，优选10Pa左右，然后再开启所述真空泵机组的分子泵，经过一段时间的抽取维持所述真空腔的真空度在介于10-6Pa与10-4Pa之间，优选10-5Pa左右。本技术的一些方面也可以描述如下：(1)本技术针对的是冷阴极场致电子发射源，具体实施采用碳纳米管阴极作为电子发射源；(2)场发射电子源采用二极式结构，由场发射阴极和阳极组成，阳极由高压电源引出，阴极经高压脉冲驱动单元接地；(3)高压电源采用恒压直流电源，用于加载到阳极上，提供激发阴极电子逸出所需电场；(4)高压脉冲驱动单元用于把高压电源持续输出的恒流高压调节为脉冲式输出，具体实施可以采用高压切换器或者自主进行电路设计；(5)真空环境监测单元主要由真空计与真空电离规管组成，用于监测阴极测试与老化过程中真空腔体的真空度；(6)高压电源、高压脉冲驱动单元和真空环境监测单元都与控制平台进行通讯连接，并进行集成控制，具体实施可采用LabVIEW上位机控制平台；(7)真空腔根据需求进行定制，用于提供场发射电子源测试与老化所需的真空实验条件；(8)真空泵机组由前级机械泵和分子泵组成，用于维持真空腔的真空环境。因此本技术针对场发射阴极电流稳定性问题，设计一套场发射电子源装置，在场发射阴极测试与老化阶段，以更简便方式调节电流稳定发射。更具体而言，本技术的优点主要体现在：(1)本技术在场发射阴极测试与老化阶段，通过上位机软件控制平台，对场发射电压进行反馈补偿，从而实现发射电流的稳定控制，相对采用栅极电流调节器，实现过程更加经济简便；(2)本技术装置可实时监测上述场发射阴极电流发射过程中真空度的变化过程，当出现持续打火现象时可以关闭高压电源输出，起到保护场发射阴极的作用。附图说明图1为场发射电子源装置整体结构示意图。图2为场发射电子源脉冲电子发射时序图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施例进行说明。在下文所描述的本技术的具体实施例中，为了能更好地理解本技术而描述了一些很具体的技术特征，但显而易见的是，对于本领域的技术人员来说，并不是所有的这些技术特征都是实现本技术的必要技术特征。下文所描述的本技术的一些具体实施例只是本技术的一些示例性的具体实施例，其不应被视为对本技术的限制。另外，为了避免使本技术变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场发射电子源装置，其特征在于：其包括二极式场发射电子源、真空腔、真空泵机组、高压电源、高压脉冲驱动单元、真空环境监测单元和控制平台，并且所述二极式场发射电子源设置于真空腔内，所述高压电源经所述真空腔的第一法兰连接至所述二极式场发射电子源的阳极，所述高压脉冲驱动单元经所述真空腔的第二法兰连接至所述二极式场发射电子源的阴极，所述真空环境监测单元经所述真空腔的第三法兰连接至所述真空腔，所述真空泵机组经所述真空腔的第四法兰连接至所述真空腔，所述控制平台经通讯线缆分别连接至所述高压电源、所述真空环境监测单元以及所述高压脉冲驱动单元。

【技术特征摘要】
1.一种场发射电子源装置，其特征在于：其包括二极式场发射电子源、真空腔、真空泵机组、高压电源、高压脉冲驱动单元、真空环境监测单元和控制平台，并且所述二极式场发射电子源设置于真空腔内，所述高压电源经所述真空腔的第一法兰连接至所述二极式场发射电子源的阳极，所述高压脉冲驱动单元经所述真空腔的第二法兰连接至所述二极式场发射电子源的阴极，所述真空环境监测单元经所述真空腔的第三法兰连接至所述真空腔，所述真空泵机组经所述真空腔的第四法兰连接至所述真空腔，所述控制平台经通讯线缆分别连接至所述高压电源、所述真空环境监测单元以及所述高压脉冲驱动单元。2.根据权利要求1所述的场发射电子源装置，其特征在于：所述高压脉冲驱动单元的一端接地。3.根据权利要求2所述的场发射电子源装置，其特征在于：所述阴极为生长在金属衬底上的碳纳米管，所述阳极为ITO导电玻璃或不锈钢片，所述阳极与所述阴极之间的距离介于100μm和200μm之间；且通过所述真空泵机组维持所述真空腔内的真空度介于10-6Pa与10-4Pa之间。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：石伟，梁栋，洪序达，胡战利，蒋昌辉，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东,44