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空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

左应红 王建国 范如玉

空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

左应红, 王建国, 范如玉
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  • 热场致发射阴极所产生的强流电子束具有很强的空间电荷效应,为研究该效应对热场致发射过程中诺廷汉(Nottingham)效应的影响机理,在理论分析的基础上,用数值方法研究了不同逸出功和多个外加电场条件下考虑空间电荷效应对诺廷汉效应结果的影响,并与不考虑空间电荷效应时的情形进行了对比. 结果表明:空间电荷效应的强弱会显著影响到阴极表面的稳态电场,进而对诺廷汉效应产生不可忽略的影响;当逸出功在3.0–4.52 eV、外加电场在3×109–9×109 V/m范围内时,考虑空间电荷效应的影响后,热场致发射电子所带走的平均能量较不考虑空间电荷效应时增加0–2.5 eV,且温度越高或外加电场越大时,该增加值越大;考虑空间电荷效应对诺廷汉效应的影响后,热场致发射电子从阴极带走的平均能量随外加电场的增加呈非线性下降规律;当阴极表面温度较高时,诺廷汉效应中的冷却效应随二极管间隙距离的变大而增强.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61231003)资助的课题.
    [1]

    Jensen K L, Cahay M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 154105

    [2]

    Liu X S 2007 Intense Particle Beams and Its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) p139 (in Chinese) [刘锡三 2007 强流粒子束及其应用 (北京: 国防工业出版社) 第139页]

    [3]

    Peng K, Liu D G 2012 Acta Phys. Sin. 61 121301 (in Chinese) [彭凯, 刘大刚 2012 物理学报 61 121301]

    [4]

    Miller R B (translated by Liu X S, Zhang L Z, Wu Y B, Lu J P, Zhou P Z) 1982 An Introduction to the Physics of Entense Charged Particle Beams (New York: Plenum Press) p39 [Miller R B 著 (刘锡三, 张兰芝, 吴衍斌, 鲁敬平, 周丕璋 译) 1990 强流带电粒子束物理学导论 (北京: 原子能出版社) 第39页]

    [5]

    Charbonnier F M, Strayer R W, Swanson L W, Martin E E 1964 Phys. Rev. Lett. 13 397

    [6]

    Bergeret H 1985 Phys. Rev. B 31 149

    [7]

    Paulini J, Kiein T, Simon G 1993 J. Phys. D: Appl. Phys. 26 1310

    [8]

    Rossetti P, Paganucci F, Andrenucci M 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 1561

    [9]

    Zuo Y H, Wang J G, Fan R Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 215202 (in Chinese) [左应红, 王建国, 范如玉 2012 物理学报 61 215202]

    [10]

    L J Q 2010 Chin. Phys. B 19 032901

    [11]

    Zuo Y H, Wang J G, Zhu J H, Niu S L, Fan R Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 177901 (in Chinese) [左应红, 王建国, 朱金辉, 牛胜利, 范如玉 2012 物理学报 61 177901]

    [12]

    Jensen K L, Lebowitz J, Lau Y Y, Luginsland J 2012 J. Appl. Phys. 111 054917

    [13]

    Murphy E L, Good R H 1956 Phys. Rev. 102 1464

    [14]

    Coulombe S, Meunier J L 1997 J. Phys. D: Appl. Phys. 30 776

    [15]

    He X, Scharer J, Booske J, Sengele S 2008 J. Vac. Sci. Technol. B 26 770

    [16]

    Petrin A B 2009 J. Exp. Theor. Phys. 109 314

    [17]

    Miller S C, Good R H 1953 Phys. Rev. 91 174

    [18]

    Liu G Z, Yang Z F 2010 Chin. Phys. B 19 075207

    [19]

    Sun S, Ang L K 2012 Phys. Plasmas 19 033107

    [20]

    Brattain W H, Becker J A 1933 Phys. Rev. 43 428

    [21]

    Anders A 2008 Cathodic Arcs: from Fractal Spots to Energetic Condensation (New York: Springer Science) p80

    [22]

    Ru G P, Yu R, Jiang Y L, Ruan G 2010 Chin. Phys. B 19 097304

  • [1]

    Jensen K L, Cahay M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 154105

    [2]

    Liu X S 2007 Intense Particle Beams and Its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) p139 (in Chinese) [刘锡三 2007 强流粒子束及其应用 (北京: 国防工业出版社) 第139页]

    [3]

    Peng K, Liu D G 2012 Acta Phys. Sin. 61 121301 (in Chinese) [彭凯, 刘大刚 2012 物理学报 61 121301]

    [4]

    Miller R B (translated by Liu X S, Zhang L Z, Wu Y B, Lu J P, Zhou P Z) 1982 An Introduction to the Physics of Entense Charged Particle Beams (New York: Plenum Press) p39 [Miller R B 著 (刘锡三, 张兰芝, 吴衍斌, 鲁敬平, 周丕璋 译) 1990 强流带电粒子束物理学导论 (北京: 原子能出版社) 第39页]

    [5]

    Charbonnier F M, Strayer R W, Swanson L W, Martin E E 1964 Phys. Rev. Lett. 13 397

    [6]

    Bergeret H 1985 Phys. Rev. B 31 149

    [7]

    Paulini J, Kiein T, Simon G 1993 J. Phys. D: Appl. Phys. 26 1310

    [8]

    Rossetti P, Paganucci F, Andrenucci M 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 1561

    [9]

    Zuo Y H, Wang J G, Fan R Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 215202 (in Chinese) [左应红, 王建国, 范如玉 2012 物理学报 61 215202]

    [10]

    L J Q 2010 Chin. Phys. B 19 032901

    [11]

    Zuo Y H, Wang J G, Zhu J H, Niu S L, Fan R Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 177901 (in Chinese) [左应红, 王建国, 朱金辉, 牛胜利, 范如玉 2012 物理学报 61 177901]

    [12]

    Jensen K L, Lebowitz J, Lau Y Y, Luginsland J 2012 J. Appl. Phys. 111 054917

    [13]

    Murphy E L, Good R H 1956 Phys. Rev. 102 1464

    [14]

    Coulombe S, Meunier J L 1997 J. Phys. D: Appl. Phys. 30 776

    [15]

    He X, Scharer J, Booske J, Sengele S 2008 J. Vac. Sci. Technol. B 26 770

    [16]

    Petrin A B 2009 J. Exp. Theor. Phys. 109 314

    [17]

    Miller S C, Good R H 1953 Phys. Rev. 91 174

    [18]

    Liu G Z, Yang Z F 2010 Chin. Phys. B 19 075207

    [19]

    Sun S, Ang L K 2012 Phys. Plasmas 19 033107

    [20]

    Brattain W H, Becker J A 1933 Phys. Rev. 43 428

    [21]

    Anders A 2008 Cathodic Arcs: from Fractal Spots to Energetic Condensation (New York: Springer Science) p80

    [22]

    Ru G P, Yu R, Jiang Y L, Ruan G 2010 Chin. Phys. B 19 097304

  • [1] 彭凯, 刘大刚. 三维热场致发射模型的数值模拟与研究. 物理学报, 2012, 61(12): 121301. doi: 10.7498/aps.61.121301
    [2] 左应红, 王建国, 范如玉. 二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响. 物理学报, 2012, 61(21): 215202. doi: 10.7498/aps.61.215202
    [3] 袁永腾, 郝轶聃, 赵宗清, 侯立飞, 缪文勇. 空间电荷效应对X射线条纹相机动态范围影响的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6963-6968. doi: 10.7498/aps.59.6963
    [4] 张岭梓, 左玉华, 曹权, 薛春来, 成步文, 张万昌, 曹学蕾, 王启明. 单载流子光电探测器的高速及高饱和功率的研究. 物理学报, 2012, 61(13): 138501. doi: 10.7498/aps.61.138501
    [5] 刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧, 王淦平. 强流多注相对论速调管中电子束特性的初步研究. 物理学报, 2012, 61(24): 248401. doi: 10.7498/aps.61.248401
    [6] 李元, 穆海宝, 邓军波, 张冠军, 王曙鸿. 正极性纳秒脉冲电压下变压器油中流注放电仿真研究. 物理学报, 2013, 62(12): 124703. doi: 10.7498/aps.62.124703
    [7] 祝桂芝, 孙万钧, 周忠祥, 姜永远, 李焱, 许克彬. 外加电场对掺杂KNSBN晶体空间电荷场的影响. 物理学报, 1996, 45(6): 940-945. doi: 10.7498/aps.45.940
    [8] 左应红, 王建国, 朱金辉, 范如玉. 基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究. 物理学报, 2012, 61(16): 165204. doi: 10.7498/aps.61.165204
    [9] 左应红, 王建国, 朱金辉, 牛胜利, 范如玉. 爆炸电子发射初期阴极表面电场的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 177901. doi: 10.7498/aps.61.177901
    [10] 雷清泉, 夏俊峰, 张冶文, 郑飞虎. 基于类耿氏效应的低密度聚乙烯中空间电荷包行为的模拟仿真. 物理学报, 2010, 59(1): 508-514. doi: 10.7498/aps.59.508
    [11] 郭剑川, 左玉华, 张云, 张岭梓, 成步文, 王启明. 单行载流子光电探测器中空间电荷屏蔽效应理论分析和实验研究. 物理学报, 2010, 59(7): 4524-4529. doi: 10.7498/aps.59.4524
    [12] 李丽丽, 张晓虹, 王玉龙, 国家辉. 电场和温度对聚合物空间电荷陷阱性能的影响. 物理学报, 2017, 66(8): 087201. doi: 10.7498/aps.66.087201
    [13] 苏小保, 刘濮鲲, 肖 刘. 基于行波管螺旋导电面模型的空间电荷场研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5150-5156. doi: 10.7498/aps.55.5150
    [14] 陈曦, 王霞, 吴锴, 彭宗仁, 成永红. 温度梯度场对电声脉冲法空间电荷测量波形的影响. 物理学报, 2010, 59(10): 7327-7332. doi: 10.7498/aps.59.7327
    [15] 张中, 张世昌. 空间电荷场对自由电子激光中电子稳态轨道的影响. 物理学报, 1989, 38(2): 285-289. doi: 10.7498/aps.38.285
    [16] 黄传禄, 丁耀根, 王勇, 谢兴娟, 高冬平. 基于伽辽金级数的空间电荷场计算模型. 物理学报, 2012, 61(14): 148401. doi: 10.7498/aps.61.148401
    [17] 刘维浩, 张雅鑫, 胡旻, 周俊, 刘盛纲. 基于场致发射阴极阵列的太赫兹源的物理机理研究. 物理学报, 2012, 61(12): 127901. doi: 10.7498/aps.61.127901
    [18] 激光晶体研究组. [001]取向YAG激光棒的热致双折射效应. 物理学报, 1977, 26(2): 93-99. doi: 10.7498/aps.26.93
    [19] 王益军, 严诚. 不同电场下碳纳米管场致发射电流密度研究. 物理学报, 2015, 64(19): 197304. doi: 10.7498/aps.64.197304
    [20] 安明, 董帅. 电荷媒介的磁电耦合:从铁电场效应到电荷序铁电体. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20201193
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-09-03
  • 修回日期:  2013-09-23
  • 刊出日期:  2013-12-05

空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

  • 1. 西北核技术研究所, 西安 710024;
  • 2. 清华大学工程物理系, 北京 100084
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61231003)资助的课题.

摘要: 热场致发射阴极所产生的强流电子束具有很强的空间电荷效应,为研究该效应对热场致发射过程中诺廷汉(Nottingham)效应的影响机理,在理论分析的基础上,用数值方法研究了不同逸出功和多个外加电场条件下考虑空间电荷效应对诺廷汉效应结果的影响,并与不考虑空间电荷效应时的情形进行了对比. 结果表明:空间电荷效应的强弱会显著影响到阴极表面的稳态电场,进而对诺廷汉效应产生不可忽略的影响;当逸出功在3.0–4.52 eV、外加电场在3×109–9×109 V/m范围内时,考虑空间电荷效应的影响后,热场致发射电子所带走的平均能量较不考虑空间电荷效应时增加0–2.5 eV,且温度越高或外加电场越大时,该增加值越大;考虑空间电荷效应对诺廷汉效应的影响后,热场致发射电子从阴极带走的平均能量随外加电场的增加呈非线性下降规律;当阴极表面温度较高时,诺廷汉效应中的冷却效应随二极管间隙距离的变大而增强.

English Abstract

参考文献 (22)

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