在傳統(tǒng)熱陰極上實現(xiàn)場致發(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現(xiàn)大功率微波器件的最為關(guān)鍵的技術(shù)問題。目前的電子發(fā)射源有熱陰極和場發(fā)射陰極兩種，熱陰極發(fā)射穩(wěn)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發(fā)階段，尚需時日才能裝配并應(yīng)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)開展電子發(fā)射的研究數(shù)十年了。碳納米管發(fā)射體理論上可實現(xiàn)高達(dá)106A/cm² 的大電流密度發(fā)射，并已在實驗得到6A/cm² 的發(fā)射電流密度。但是由于碳納米管發(fā)射體在生長過程中的可控性較差，并對生長環(huán)境有著極為苛刻的要求，目前還沒有成功制備出應(yīng)用于各種大功率微波電子器件的合適的陰極陣列，同時，由于實際碳納米管在場致發(fā)射過程的復(fù)雜性，需要考慮場屏蔽效應(yīng)，器件放氣，發(fā)射體過熱燒毀等因素，需要對制備的陰極從襯底、圖案、制備環(huán)境等新的要求。

　　本文通過熱絲-化學(xué)氣相沉積的方法，將在傳統(tǒng)熱陰極表面生長碳納米管發(fā)射體陣列(實驗中使用了CRT 中的陰極)。運用堆棧式催化劑結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)碳納米管在小區(qū)域的定向可控生長；同時，采用熱陰極自加熱的方式，實現(xiàn)了生長過程中局部加熱，溫度可控，生長過程的示意圖如圖1 所示。生長所使用的熱陰極表面如圖2（a）所示，生長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(tǒng)熱陰極表面上制備得到碳納米管發(fā)射陣列，同時在制備過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器件的結(jié)構(gòu)做出任何調(diào)整。利用器件中已存在的電子槍結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)冷陰極場致發(fā)射的電流調(diào)節(jié)，實現(xiàn)大電流密度發(fā)射。