1 福州大学至诚学院，福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室，福州 350108
3 福州大学 物理与信息工程学院，福州 350108
针对传统图形化工艺复杂且图形未经精细设计，导致电场分布不均匀的问题，通过ANSYS Maxwell 16.0仿真软件研究电子运动轨迹规律，提出图形化发射体阵列有效发射尺寸和最佳阵列间距阴极结构的新思路，改善场发射性能。仿真结果表明，当阵列间距为200 μm时，图形化阵列中心区域的电场分布平坦，阵列四周突变上升。这是由于阵列边缘部分相比于阵列中心区域部分更表现出针尖的特性，当阵列间距越小时，单元阵列之间的边缘区域场强叠加，出现场强叠加区。当阵列间距逐渐增大时，场强边缘叠加效应削弱，同时电场屏蔽效应也削弱。因此，阵列边长越大，为400 μm时，阴极表面场强趋于平坦，场强边缘叠加效应和电场屏蔽效应达到平衡。而阵列间距增大到600 μm时，会导致单元阵列平面中心位置相对较远，单元阵列场发射相对独立，电子发射出现空档区域。因此，阵列间距选取适中数值时，阵列边缘场强叠加效应削弱，四周电场也不会出现盲区，电场基本达到均匀分布。根据仿真结果，通过喷墨打印图形化种子层实现图案化发射体阵列精准定位，再水热生长ZnO纳米棒阴极阵列。场致发射实验结果表明，随着间距的增加，开启场强Eon从200 μm时的2.95 V/μm降低到400 μm时的0.57 V/μm，并进一步变为600 μm时的2.26 V/μm；而场增强因子β随阵列间距从200 μm增加到600 μm，先增大后减小。这与仿真结果吻合，即在ZnO阴极阵列有效发射尺寸为200 μm情况下，当阵列间距为400 μm时，场发射性能最优，其开启场强为0.57 V/μm，场发射增强因子为32 179。通过调控图形化阵列电子发射轨迹，从而减小场叠加和场屏蔽效应可以改善场发射性能。结合图形化设计和喷墨打印的高效性，有望实现高性能场致发射电子源。
电子源 场致发射 喷墨打印 ZnO纳米棒 图形化阵列 水热生长 Electron source Field emission Inkjet printing ZnO nanorods Patterned array Hydrothermal growth
中国原子能科学研究院 串列升级工程部, 北京 102413
以天光Ⅱ-A装置X-pinch负载腔为例, 采用包含场致发射、二次电子倍增模型的三维模拟软件OPAL, 对复杂结构中真空绝缘体沿面闪络的产生与发展阶段进行了模拟研究。模拟结果表明, 阳极产生的二次电子在平行于绝缘体表面的电场分量的作用下从阴极座向大半径的运动, 是导致沿面闪络的主要原因。并提出了阻断沿面闪络的方法及其原理。采用阻断沿面闪络的措施后, 后续多次X-pinch负载腔放电实验证明, 正常的回流电流增加了近20%, 真空绝缘体上的沿面闪络得到了抑制。
真空沿面闪络 场致发射 二次电子倍增 三维模拟研究 surface flashover field emission secondary emission 3D simulation 强激光与粒子束
2016, 28(9): 095004
1 东南大学 电子科学与工程学院，江苏 南京 210096
2 南京师范大学 物理科学与技术学院，江苏 南京 210097
场致发射阴极作为重要的电子源之一，在真空电子器件的发展进程中扮演了重要的角色。在与固态器件的竞争中，真空电子器件朝大功率高频方向持续发展，场致发射阴极的应用使其在器件尺寸、可靠性、功耗和工作频率等方面具备了较大的改进空间。本文综述了近年来大电流场致发射阴极技术进展，特别介绍了碳纳米管场致发射阴极的发展。试验表明在直流测试条件下，该类型场致发射阴极发射电流密度已可达到A/cm2 量级，且可以实现长寿命高稳定发射，未来在场致发射阴极微波放大器、自由电子激光器和新型中子源等方面将有广泛的应用前景。
场致发射阴极 碳纳米管 大功率 真空电子 field emission cathodes carbon nanotubes high power vacuum electron 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(1): 148
利用三维粒子模拟软件对大面积生长无序碳纳米管冷阴级三级结构发射特性进行仿真,对六边形、三角形和正方形3种不同网孔结构栅网下的碳纳米管冷阴极场致发射特性进行研究。通过计算冷阴极表面电场分布及场致发射电子注的通过率,得到不同图形发射效率随网孔尺寸变化的规律。进一步横向对比,得出栅网最佳图形为六边形的结论,其最大电子注通过率为75%。
碳纳米管 冷阴极 场致发射 栅栏结构 carbon nanotube cold cathode field-emission mesh grid structure 强激光与粒子束
2014, 26(12): 124103
东莞理工学院 电子工程学院, 广东 东莞 523808
考虑外场和镜像电荷的影响, 对F-N公式进行了改进, 利用改进的势垒穿透公式对阴极阵列场致发射太赫兹源的物理机制进行了分析, 利用渡越时间效应导出了束波相互作用的能量交换, 并在此基础上讨论了电子注能量增量、电子注功率、负载电导和束波转换效率等。
太赫兹源 场致发射 束波相互作用 渡越时间效应 terahertz source field emission beam-wave interaction transit-time effect
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 郑州航空工业管理学院, 郑州 450015
采用钛氰铁高温催化热解方法可制备发射性能优异的碳纳米管薄膜阴极。当脉冲电场峰值达到30 MV/m时，发射电流密度达kA/cm2以上，对应相对论电子束流强度高达15 kA，等离子体发射机制参与电子束发射过程。以重复频率10 Hz发射模式时，其发射阈值低，束压、束流波形跟随性好，发射稳定性优于石墨阴极。发射发次达到1000后，碳纳米管形态依然完整，界面无脱附。
碳纳米管阴极 重复频率 场致发射 等离子体发射 carbon nanotubes cathode repetitive frequency high-field emission plasma emission 强激光与粒子束
2014, 26(6): 065011
1 中原工学院 电子信息学院, 郑州 450007
2 东华大学 信息科学与技术学院, 上海 201620
基于烧结工艺和丝网印刷技术，研发了一种新的沟槽形冷阴极.底部绝缘层由黑色绝缘浆料被烧结后制成,且在底部绝缘层中存在倾斜面.将银浆丝网印刷在条形电极上，依次经烘烤和烧结工艺后形成银电极.利用细砂纸，对银电极进行适当的抛光工艺，以便获得光滑的电极表面.由于特有的银电极形状，从而易于获得更大的场增强因子.将碳纳米管制备在银电极上，形成场发射极.致密的碳纳米管层完全覆盖银电极表面，特有的边缘场增强效应能够使得碳纳米管发射出更多的电子.顶部绝缘层则用于抑制碳纳米管的横向电子发射.结合沟槽形冷阴极，制作了三极结构的场致发射显示器，该显示器具有良好的场致发射特性及优良的发光图像均匀性.与普通冷阴极场致发射显示器相比，沟槽形冷阴极场致发射显示器能够将开启电场从1.86 V/μm降低到1.78 V/μm，将最大场致发射电流从1 537 μA增加到2 863 μA，且将最大发光图像亮度从1 386 cd/m2提高到1 865 cd/m2.该制作技术在场致发射显示器中具有较强的实际应用性.
银电极 烧结 丝网印刷 场致发射 增强 条形电极 阴极面板 Silver electrode Sintering Screen-printing Field emission Enhancement Bar electrode Cathode faceplate
1 郑州师范学院 物理系, 郑州 450044
2 郑州大学物理工程学院 材料物理教育部重点实验室,郑州 450052
利用微波等离子化学气相沉积法,制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜作为场发射阴极材料。通过采用低熔点玻璃粉烧结工艺,从器件封装、器件烧结、器件排气和器件烤消等方面进行了探索和创新,实现了场致发射荧光管的高真空封装。综合采用这套技术,已经研发出的真空场致发射荧光管,在5.45 V／μm电场下,光的亮度达到了11 000 cd／m2。为将来设计制作矩阵寻址场发射平板显示器件奠定了基础。
场致发射荧光管 类球状微米金刚石聚晶薄膜 封装 field emission display diamond microcrystalline-aggregate package
1 福州大学 物理与信息工程学院, 福建 福州350002
2 福建船政交通职业学院 信息工程系, 福建 福州350007
随着技术的进步, 图像传感器可以轻松地获得高动态范围图像, 而传统显示设备的显示范围只有100∶1。目前采用投影仪、发光二极管阵列等双屏结构的高动态范围显示系统存在体积庞大、局部对比度低等缺点。据此提出采用场致发射背光源, 利用图像分割算法, 完成高动态范围图像的显示。文章提出的系统具有提高高动态范围液晶显示器的局部对比度与减淡光晕的优点, 实验结果表明, 文中的场致发射背光结构的局部对比度提高到近65 025∶1, 具有较高的实用价值。
高动态范围 对比度 图像灰度分割 场致发射背光源 high dynamic range contrast ratio image gray division field emission backlight unit
福州大学 物理与信息工程学院, 福建 福州350002
采用热蒸发法成功制备了Al掺杂四针状ZnO纳米结构(T-AZO), 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪和场发射测试系统分别研究了不同Al摩尔分数对T-AZO纳米结构表面形貌、微结构、光致发光谱和场发射特性的影响。实验结果表明: T-AZO纳米结构呈现六角纤锌矿结构, Al掺杂对四针状ZnO纳米结构的形貌产生明显影响并且使紫外发射峰产生蓝移。实验中, 当Al掺杂摩尔分数为3%时, 场发射性能最好, 其开启场强为1.33 V/μm, 场增强因子为8 420。
四针状ZnO Al 掺杂 热蒸发 光致发光 场致发射 ZnO tetrapods Al doping thermal evaporation photoluminescence field emission
