在傳統熱陰極上實(shí)現場(chǎng)致發(fā)射大電流的研究

　　陰極作為真空電子器件的電子發(fā)射源，對器件的性能起著(zhù)至關(guān)重要的作用，被喻為是真空電子器件的“心臟”。大發(fā)射電流密度陰極是實(shí)現大功率微波器件的最為關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。目前的電子發(fā)射源有熱陰極和場(chǎng)發(fā)射陰極兩種，熱陰極發(fā)射穩定，但加熱功耗大，不利于器件微型化和集成化的發(fā)展趨勢；場(chǎng)發(fā)射陰極由于其發(fā)射機理的特殊性，目前仍處于研究和開(kāi)發(fā)階段，尚需時(shí)日才能裝配并應用在真空器件中，作為強大的電子發(fā)射源。

　　碳納米管由于其優(yōu)良的各種性質(zhì)，被作為是良好的電子發(fā)射材料并已經(jīng)開(kāi)展電子發(fā)射的研究數十年了。碳納米管發(fā)射體理論上可實(shí)現高達106A/cm² 的大電流密度發(fā)射，并已在實(shí)驗得到6A/cm² 的發(fā)射電流密度。但是由于碳納米管發(fā)射體在生長(cháng)過(guò)程中的可控性較差，并對生長(cháng)環(huán)境有著(zhù)極為苛刻的要求，目前還沒(méi)有成功制備出應用于各種大功率微波電子器件的合適的陰極陣列，同時(shí)，由于實(shí)際碳納米管在場(chǎng)致發(fā)射過(guò)程的復雜性，需要考慮場(chǎng)屏蔽效應，器件放氣，發(fā)射體過(guò)熱燒毀等因素，需要對制備的陰極從襯底、圖案、制備環(huán)境等新的要求。

　　本文通過(guò)熱絲-化學(xué)氣相沉積的方法，將在傳統熱陰極表面生長(cháng)碳納米管發(fā)射體陣列(實(shí)驗中使用了CRT 中的陰極)。運用堆棧式催化劑結構，實(shí)現碳納米管在小區域的定向可控生長(cháng)；同時(shí)，采用熱陰極自加熱的方式，實(shí)現了生長(cháng)過(guò)程中局部加熱，溫度可控，生長(cháng)過(guò)程的示意圖如圖1 所示。生長(cháng)所使用的熱陰極表面如圖2（a）所示，生長(cháng)制備得到的陰極表面碳納米管發(fā)射體形貌如圖2（b）所示。

　　由于在傳統熱陰極表面上制備得到碳納米管發(fā)射陣列，同時(shí)在制備過(guò)程中只利用原有熱陰極的加熱裝置，因此不需要對陰極乃至整個(gè)器件的結構做出任何調整。利用器件中已存在的電子槍結構，實(shí)現冷陰極場(chǎng)致發(fā)射的電流調節，實(shí)現大電流密度發(fā)射。