一种微针尖环形阵列阴极电子枪及其阴极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微针尖环形阵列阴极电子枪及其阴极的制备方法，属于真空电子器件技术领域，其中，电子枪包括阴极、栅极、双聚焦电极、阳极；具体而言，阴极为环形阵列结构，由圆锥沿对称轴一分为二，切面为底面，尖端朝内，在阴极凹槽内均匀分布，呈凹面形状，具有预聚焦效果；阴极的微针尖设计，显著增大场增强因子，进而提高尖端的电场强度、提升发射电流密度且降低开启电压；栅极为菱形栅孔栅网，菱形边长与阴极凹槽半径一致，通过调节菱形锐角优化电场分布，显著提高场发射效率；第一聚焦电极为双曲聚焦电极，其内壁形状为双曲线，通过引导电场线沿中心轴线向阳极弯曲，增强聚焦效果；本设计的电子枪兼具高场发射性能与高束流压缩比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及真空电子器件，具体涉及一种微针尖环形阵列阴极电子枪及其阴极的制备方法。

技术介绍

1、电子源是诸多真空电子器件的核心，目前，在真空电子器件中得到广泛研究与应用的电子源类型主要是热阴极电子源，具有发射电流大、稳定性高和对真空度要求相对较低等优点。然而，其需要加热这个特性导致结构较为复杂且热辐射伴随着能量损失，因此器件难以集成且能耗高；此外器件工作的预热升温过程时间较长，使得器件启动时间较长，难以满足要求快速启动的应用场景。

2、与热阴极相比，场发射冷阴极电子源具有室温工作、响应速度快、低功耗等优点；场发射冷阴极电子源通过施加外电场来抑制阴极表面势垒，使势垒高度降低、宽度变窄，这样，发射体内的大量电子由于隧穿效应穿透表面势垒逸出，形成场致电子发射，可随着电场的施加而瞬时启动，器件的响应时间可达纳秒级别。此外，碳纳米管冷阴极电子源的快速响应能力使得其可以在脉冲模式下工作。

3、冷阴极电子枪在众多领域有着广泛的应用前景，然而其在高启动电压、电子束稳定性以及功率损耗等方面仍面临技术瓶颈。在优化阴极发射性能时，虽然场增强因子对提升本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种微针尖环形阵列阴极电子枪，其特征在于，包括：共轴线依次设置的阴极(1)、栅极(2)、双聚焦电极(3)和阳极(4)；所述阴极(1)包括阴极基底(1-1)和阴极发射单元(1-2)；双聚焦电极(3)包括：第一聚焦电极(3-1)和第二聚焦电极(3-2)；其中，所述电极通过陶瓷垫片进行隔离，并组合成一体式结构，各电极均通过导线连接由外部电路提供电压。

2.根据权利要求1所述的一种微针尖环形阵列阴极电子枪，其特征在于，所述阴极基底(1-1)的材料为硅、碳化硅或蓝宝石；所述阴极基底(1-1)上开设有圆柱形阴极凹槽，所述阴极发射单元(1-2)嵌入所述凹槽内部，且所述阴极发射单元(1-...

【技术特征摘要】

1.一种微针尖环形阵列阴极电子枪，其特征在于，包括：共轴线依次设置的阴极(1)、栅极(2)、双聚焦电极(3)和阳极(4)；所述阴极(1)包括阴极基底(1-1)和阴极发射单元(1-2)；双聚焦电极(3)包括：第一聚焦电极(3-1)和第二聚焦电极(3-2)；其中，所述电极通过陶瓷垫片进行隔离，并组合成一体式结构，各电极均通过导线连接由外部电路提供电压。

2.根据权利要求1所述的一种微针尖环形阵列阴极电子枪，其特征在于，所述阴极基底(1-1)的材料为硅、碳化硅或蓝宝石；所述阴极基底(1-1)上开设有圆柱形阴极凹槽，所述阴极发射单元(1-2)嵌入所述凹槽内部，且所述阴极发射单元(1-2)的最高点与阴极基底(1-1)上表面位于同一平面；阴极凹槽半径为0.2~0.5 mm，深度为0.05~0.1mm。

3.根据权利要求1所述的一种微针尖环形阵列阴极电子枪，其特征在于，所述阴极发射单元(1-2)形貌的材料为硅、碳化硅或蓝宝石，阴极发射单元(1-2)表面的材料为碳纳米管；所述阴极发射单元(1-2)形貌为圆锥沿对称轴一分为二，切面为底面，尖端朝向内侧，且在阴极凹槽内均匀分布，形成环形阵列，其朝向栅极(2)的一面近似为皮尔斯电子枪的凹面阴极结构；圆锥底面半径为0.05~0.1mm，高为0.2~0...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞道龙，徐季，刘志霞，陈越中，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：