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用于真空电子太赫兹器件的微型热阴极电子束源研究

梁文龙 王亦曼 刘伟 李洪义 王金淑

用于真空电子太赫兹器件的微型热阴极电子束源研究

梁文龙, 王亦曼, 刘伟, 李洪义, 王金淑
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  • 太赫兹波辐射源是太赫兹(THz)波技术的关键. 真空电子太赫兹器件在高频、大功率太赫兹源发展中较其他技术有明显的优势,微米尺度高电流密度微型电子束源则是研制真空电子太赫兹器件的核心之一. 本文在研制低温、大电流纳米粒子氧化钪掺杂含钪扩散阴极(nanosized-scandia doped dispenser cathode)的基础上,采用发射抑制膜沉积与聚焦离子束(FIB)刻蚀技术,研制无需压缩直接提供高电流密度的微型电子束的电子源. 所研究的电子束源直径 400 μm,在工作温度950 ℃,提供空间电荷限制电流密度50 A/cm2 时,已稳定工作1000 h以上,并且层流性良好. 本文阐述了阴极制备工艺、电子发射特性、微米尺度电子束源的获得和特性,介绍了发射抑制膜的结构和抑制特性的评估. 并探讨了镀膜和刻蚀对发射的影响机理. 这一电子束源在常规毫米尺度电子源的基础上产生微米尺度的微区高电流密度的电子束,为真空电子太赫兹辐射源的研制提供了新的途径.
    • 基金项目: 国家杰出青年科学基金(批准号:51225402)、国家自然科学基金(批准号:51071005)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20101103110018)和国家高技术研究发展(863)计划资助的课题.
    [1]

    Xu J Z, Zhang X C 2007 Terahertz Science and Application (Beijing: Peking University Press) p3 (in Chinese) [许景周, 张希成 2007 太赫兹科学技术和应用(北京: 北京大学出版社)第3页]

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    Wang G Q, Wang J G, Li X Z, Fan R Y, Wang X Z, Wang X F, Tong C J 2010 Acta Phys. Sin. 59 8459 (in Chinese) [王光强, 王建国, 李小泽, 范如玉, 王行舟, 王雪锋, 童长江 2010 物理学报 59 8459]

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    Feng J J, Li X H 2012 Proceedings of the 2012 annual meeting of Chinese Vacuum Society Lanzhou, September, 2012 p39 (in Chinese) [冯进军, 李兴辉 2012 中国真空学会 2012 学术年会论文集兰州, 2012年9月, p39]

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    Booske J H, Dobbs R J, Joye C D, Kory C L, Neil G R, Park G, Park J, Temkin R J 2011 IEEE Trans. on Teraheeth Science and Technology 1 54

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    Tucek J, Basten M, Gallagher D, Kreischer K 2010 Proceedings of IVEC 2010 Monterey, USA, 18-20 May, 2010 p19

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    Green M 2008 Proceedings of IVEC 2008 Monterey, USA, 22-24 April, 2008 p3

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    Wang Y, Wang J, Liu W, Zhang K, Li J. 2007 IEEE Trans. Electron Devices 54 1061

    [9]

    Wang J, Liu W, Li L, Wang Y C, Wang Y, Zhou M 2009 IEEE Trans. Electron Devices 56 779

    [10]

    Liu W, Wang Y, Wang J, Wang Y C 2011 IEEE Trans. Electron Devices 58 1241.

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    Zhao J F, Gamzina D, Baig A, Barnett L, Luhmann N C 2012 Proceedings of IVEC 2012 Monterey, USA, 24-26 April, 2012 p47

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    Barik R, Bera A, Tanwar A K, Baek I K, Eom K, Sattorov M A, Min S H, Kwon O J, Park G S 2013 Int. J. Refract. Met. Hard Mat. 38 60

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    Wang Y, Wang J, Liu W, Zhang X, Li L 2011 J. Vac. Sci. Technol. B 29 04E106-1

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    Lawrence I R, Collins G, Read M, Miram G, Marsden D 2011 Terahertz Science and Technology 4 230

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    Srivastava A, Jin-Kyu So, Wang Y, Wang J, Raju R S, Park G S 2009 J Infrared Milli Terahz Waves 30 670

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    George M U. S patent 4263528 [ 1981-04-21]

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    Pankey T J, Thomas R E 1981 Appl. Surf. Sci. 8 50

  • [1]

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-13
  • 修回日期:  2013-11-23
  • 刊出日期:  2014-03-05

用于真空电子太赫兹器件的微型热阴极电子束源研究

  • 1. 北京工业大学材料科学与工程学院, 教育部功能材料重点实验室, 北京 100124
    基金项目: 

    国家杰出青年科学基金(批准号:51225402)、国家自然科学基金(批准号:51071005)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20101103110018)和国家高技术研究发展(863)计划资助的课题.

摘要: 太赫兹波辐射源是太赫兹(THz)波技术的关键. 真空电子太赫兹器件在高频、大功率太赫兹源发展中较其他技术有明显的优势,微米尺度高电流密度微型电子束源则是研制真空电子太赫兹器件的核心之一. 本文在研制低温、大电流纳米粒子氧化钪掺杂含钪扩散阴极(nanosized-scandia doped dispenser cathode)的基础上,采用发射抑制膜沉积与聚焦离子束(FIB)刻蚀技术,研制无需压缩直接提供高电流密度的微型电子束的电子源. 所研究的电子束源直径 400 μm,在工作温度950 ℃,提供空间电荷限制电流密度50 A/cm2 时,已稳定工作1000 h以上,并且层流性良好. 本文阐述了阴极制备工艺、电子发射特性、微米尺度电子束源的获得和特性,介绍了发射抑制膜的结构和抑制特性的评估. 并探讨了镀膜和刻蚀对发射的影响机理. 这一电子束源在常规毫米尺度电子源的基础上产生微米尺度的微区高电流密度的电子束,为真空电子太赫兹辐射源的研制提供了新的途径.

English Abstract

参考文献 (21)

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