郝广辉 李泽鹏 高玉娟 周亚昆

(北京真空电子技术研究所, 北京 100015)

(2018 年 9 月 17 日收到; 2018 年 12 月 14 日收到修改稿)

为了研究热阴极表面形貌对电子发射能力的影响, 使用飞秒激光微纳加工技术在光滑的热阴极表面制备不同尺寸和形状的周期性条纹结构, 并使用相同的制备工艺对阴极进行除气和激活. 测试结果显示: 阴极表面周期性条纹结构可有效增强阴极的电子发射能力, 正交双向条纹结构表面阴极的发射电流密度高于单向条纹结构表面阴极的发射电流密度, 而且随条纹结构尺寸的降低, 阴极的电子发射能力逐渐增强. 对阴极表面形貌进行仿真, 发现微尖顶端位置在强电场的作用下具有较强的电子发射能力. 当阴极表面微尖底部直径与高度比值(r/h)较小时, 微尖的侧面仍是阴极电子发射的主要区域, 但是随着r/h减小, 阴极的电子发射区域逐渐由微尖侧面发射向微尖顶端转移, 场助电子发射效应成为阴极电子发射的主要组成部分.

1 引 言

由于真空电子器件具有耐高温、耐辐射、能量效率高和输出功率大等优点, 广泛应用于经济、军事、航天、通信、医疗和探测等领域[1−4]. 而阴极是真空电子器件的核心部件, 阴极的电子发射能力制约了真空电子器件的输出功率, 直接决定了真空电子器件的性能. 由于热阴极具有发射电流密度大、稳定性高、寿命长等优点, 一直是真空电子器件的首选电子源[5−9]. 随真空电子器件逐渐向高频率和高功……