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基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究

左应红 王建国 朱金辉 范如玉

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基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究

左应红, 王建国, 朱金辉, 范如玉

Investigations of space charge limited effects in diode with Coulomb's law

Zuo Ying-Hong, Wang Jian-Guo, Zhu Jin-Hui, Fan Ru-Yu
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  • 真空二极管是电子束源装置中的一个关键部件, 其阴极发射的电子束进入二极管阴阳极间隙区会产生很强的空间电荷限制效应. 本文针对平板真空二极管中的空间电荷限制效应物理模型, 从库仑定律的积分形式出发, 选取了不同参数的阴极半径与阴阳极间隙距离之比, 计算得到了真空二极管阴阳极间隙区的电场分布情况, 从而避免了采用Poisson方程求解时需要处理复杂的非线性偏微分方程这一问题. 结果表明, 基于库仑定律的计算结果与从Child-Langmuir定律分析得到的结果仅相差一个与二 极管极板边界条件有关的修正量. 当二极管阴极半径与阴阳极间隙距离之比 R/D>10时,一维空间电荷限制定律将是一个较好的近似结果,当 R/D较小时, 用该定律计算误差较大,在实际物理问题中需要谨慎使用.
    Vacuum diode is a critical component of the apparatus which is the source of electron beams, the emitted electrons from the cathode of the diode have strong space charge limited effects. Based on Coulomb's law, the distributions of electric field in cathode-anode gap for different values of the ratio of radius to gap distance, R/D, are calculated numerically with the model of space charge limited effects in a planar vacuum diode. This method can avoid solving a non-linear differential equation which is used to yield the Child-Langmuir law from Poisson's equation. The results demonstrate that the only difference between the results from Coulomb's law and Child-Langmuir law is a modification factor, which is shown to be related to the potential difference across the gap. The results also show that one-dimensional space charge limited law will be a good approximation for the practical planar diode if the parameter R/D is beyond 10, but it can present a large error if the parameter R/D is small. Therefore it should be cautiously used.
    [1]

    Barker R J, Schamiloglu E (translated by Zhou C M, Liu G Z et al.) 2005 High-Power Microwave Sources and Technologies (Beijing: Tsinghua University Press) p284 (in Chinese) [Barker R J, Schamiloglu E著 (周传明, 刘国治等译) 2005 高功率微波源与技术 (北京: 清华大学出版社) 第284页]

    [2]

    Han M, Zou X B, Zhang G X 2010 Fundamental of Pulsed Power Technology (Beijing: Tsinghua University Press) p124 (in Chinese) [韩旻,邹晓兵,张贵新 2010 脉冲功率技术基础 (北京:清华大学出版社)第124页]

    [3]

    Xia L S, Wang M, Huang Z P, Zhang K Z, Shi J S, Zhang L W, Deng J J 2004 Acta Phys. Sin. 53 3435 (in Chinese) [夏连胜, 王勐, 黄子平, 张开志, 石金水, 章林文, 邓建军 2004 物理学报 53 3435]

    [4]

    Lin M C 2005 J. Vac. Sci. Technol. B 23 636

    [5]

    Litvinov E A 1985 IEEE Trans. Electr. Insul. 20 683

    [6]

    Zhang Y H, Jiang J S, Chang A B 2003 Acta Phys. Sin. 52 1676 (in Chinese) [张永辉,江金生,常安碧 2003 物理学报 52 1676]

    [7]

    Liu X S 2007 Intense Particle Beams and its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) p25 (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25页]

    [8]

    Anderson W A 1993 J. Vac. Sci. Technol. B 11 383

    [9]

    Child C D 1911 Phys. Rev. 32 492

    [10]

    Langmuir I 1913 Phys. Rev. 2 450

    [11]

    Feng Y, Verboncoeur J P, Lin M C 2008 Phys. Plasmas 15 043301

    [12]

    Luginsland J W, Lau Y Y, Umstattd R J, Watrous J J 2002 Phys. Plasmas 9 2371

    [13]

    Zhang Y H, Chang A B, Xiang F, Song F L, Kang Q, Luo M, Li M J, Gong S G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5754 (in Chinese) [张永辉, 常安碧, 向飞, 宋法伦, 康强, 罗敏, 李名加, 龚胜刚 2007 物理学报 56 5754]

    [14]

    Birdsall C K, Bridges W B 1966 Electron Dynamics of Diode Regions (New York: Academic Press) p239

    [15]

    Lau Y Y 2001 Phys. Rev. Lett. 87 278301

    [16]

    Luginsland J W, Lau Y Y, Gilgenbach R M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 4668

  • [1]

    Barker R J, Schamiloglu E (translated by Zhou C M, Liu G Z et al.) 2005 High-Power Microwave Sources and Technologies (Beijing: Tsinghua University Press) p284 (in Chinese) [Barker R J, Schamiloglu E著 (周传明, 刘国治等译) 2005 高功率微波源与技术 (北京: 清华大学出版社) 第284页]

    [2]

    Han M, Zou X B, Zhang G X 2010 Fundamental of Pulsed Power Technology (Beijing: Tsinghua University Press) p124 (in Chinese) [韩旻,邹晓兵,张贵新 2010 脉冲功率技术基础 (北京:清华大学出版社)第124页]

    [3]

    Xia L S, Wang M, Huang Z P, Zhang K Z, Shi J S, Zhang L W, Deng J J 2004 Acta Phys. Sin. 53 3435 (in Chinese) [夏连胜, 王勐, 黄子平, 张开志, 石金水, 章林文, 邓建军 2004 物理学报 53 3435]

    [4]

    Lin M C 2005 J. Vac. Sci. Technol. B 23 636

    [5]

    Litvinov E A 1985 IEEE Trans. Electr. Insul. 20 683

    [6]

    Zhang Y H, Jiang J S, Chang A B 2003 Acta Phys. Sin. 52 1676 (in Chinese) [张永辉,江金生,常安碧 2003 物理学报 52 1676]

    [7]

    Liu X S 2007 Intense Particle Beams and its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) p25 (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25页]

    [8]

    Anderson W A 1993 J. Vac. Sci. Technol. B 11 383

    [9]

    Child C D 1911 Phys. Rev. 32 492

    [10]

    Langmuir I 1913 Phys. Rev. 2 450

    [11]

    Feng Y, Verboncoeur J P, Lin M C 2008 Phys. Plasmas 15 043301

    [12]

    Luginsland J W, Lau Y Y, Umstattd R J, Watrous J J 2002 Phys. Plasmas 9 2371

    [13]

    Zhang Y H, Chang A B, Xiang F, Song F L, Kang Q, Luo M, Li M J, Gong S G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5754 (in Chinese) [张永辉, 常安碧, 向飞, 宋法伦, 康强, 罗敏, 李名加, 龚胜刚 2007 物理学报 56 5754]

    [14]

    Birdsall C K, Bridges W B 1966 Electron Dynamics of Diode Regions (New York: Academic Press) p239

    [15]

    Lau Y Y 2001 Phys. Rev. Lett. 87 278301

    [16]

    Luginsland J W, Lau Y Y, Gilgenbach R M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 4668

  • [1] 管胜婕, 周林箭, 沈成梅, 张勇. 蓝色荧光有机发光二极管中的激子-电荷相互作用. 物理学报, 2020, 69(16): 167101. doi: 10.7498/aps.69.20191930
    [2] 邰建鹏, 郭伟玲, 李梦梅, 邓杰, 陈佳昕. GaN基微缩化发光二极管尺寸效应和阵列显示. 物理学报, 2020, 69(17): 177301. doi: 10.7498/aps.69.20200305
    [3] 季曾超, 陈仕修, 高深, 陈俊, 田微. 真空二极管辐射微波的机理分析. 物理学报, 2016, 65(14): 145202. doi: 10.7498/aps.65.145202
    [4] 周英, 戴玉, 姚淑娜, 刘军, 陈家斌, 陈淑芬, 辛建国. 激光二极管抽运Nd:YVO4晶体的三维热效应分析. 物理学报, 2013, 62(2): 024210. doi: 10.7498/aps.62.024210
    [5] 张学智, 冯鸣, 张心正. 基于自相位调制效应的硅基中红外全光二极管. 物理学报, 2013, 62(2): 024201. doi: 10.7498/aps.62.024201
    [6] 孙鹏, 杜磊, 何亮, 陈文豪, 刘玉栋, 赵瑛. 基于1/f 噪声变化的pn结二极管辐射效应退化机理研究. 物理学报, 2012, 61(12): 127808. doi: 10.7498/aps.61.127808
    [7] 刘木林, 闵秋应, 叶志清. 硅衬底InGaN/GaN基蓝光发光二极管droop效应的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 178503. doi: 10.7498/aps.61.178503
    [8] 焦威, 雷衍连, 张巧明, 刘亚莉, 陈林, 游胤涛, 熊祖洪. 有机发光二极管的光致磁电导效应. 物理学报, 2012, 61(18): 187305. doi: 10.7498/aps.61.187305
    [9] 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
    [10] 陈平, 赵理, 段羽, 程刚, 赵毅, 刘式墉. 一种用于堆叠结构有机发光二极管的新的电荷生成层. 物理学报, 2011, 60(9): 097203. doi: 10.7498/aps.60.097203
    [11] 张勇, 刘荣, 雷衍连, 陈平, 张巧明, 熊祖洪. 基于Alq3的有机发光二极管的磁电导效应. 物理学报, 2010, 59(8): 5817-5822. doi: 10.7498/aps.59.5817
    [12] 刘荣, 张勇, 雷衍连, 陈平, 张巧明, 熊祖洪. LiF插层对有机发光二极管磁场效应的调控. 物理学报, 2010, 59(6): 4283-4289. doi: 10.7498/aps.59.4283
    [13] 张林, 韩超, 马永吉, 张义门, 张玉明. Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管的γ射线辐照效应. 物理学报, 2009, 58(4): 2737-2741. doi: 10.7498/aps.58.2737
    [14] 宋小鹿, 过振, 李兵斌, 王石语, 蔡德芳, 文建国. 脉冲激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器晶体时变热效应. 物理学报, 2009, 58(3): 1700-1708. doi: 10.7498/aps.58.1700
    [15] 沈光地, 张剑铭, 邹德恕, 徐 晨, 顾晓玲. 大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究. 物理学报, 2008, 57(1): 472-476. doi: 10.7498/aps.57.472
    [16] 黄文波, 曾文进, 王 藜, 彭俊彪. 聚合物发光二极管中的负电容效应. 物理学报, 2008, 57(9): 5983-5988. doi: 10.7498/aps.57.5983
    [17] 於海武, 徐美健, 段文涛, 隋 展. LD波长啁啾效应与二极管抽运固体激光器性能优化. 物理学报, 2007, 56(5): 2559-2569. doi: 10.7498/aps.56.2559
    [18] 李宏伟, 王太宏. 含InAs自组装量子点肖特基二极管的关联放电效应. 物理学报, 2001, 50(10): 2038-2043. doi: 10.7498/aps.50.2038
    [19] 佘卫龙, 李庆行, 余振新, 高兆兰, 张庆伦, 陈焕矗. 掺锰的钾钠铌酸锶钡晶体中双光束诱导光学二极管效应. 物理学报, 1992, 41(2): 342-346. doi: 10.7498/aps.41.342
    [20] 佘卫龙, 邬起, 李庆行, 余振新, 张庆伦, 陈焕矗. Mn:KNSBN晶体中背向光散射与光学二极管效应. 物理学报, 1992, 41(10): 1706-1714. doi: 10.7498/aps.41.1706
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-19
  • 修回日期:  2012-01-28
  • 刊出日期:  2012-08-05

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