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太赫兹科学与电子信息学报 2024年第1期22卷 17-21页

作者：张敏张珂杨鹏云中国电子科技集团公司第十二研究所北京100015

为满足太赫兹真空器件对阴极的大电流密度、小电子注尺寸需求,利用双离子束辅助沉积技术在浸渍钪酸盐阴极表面沉积Ta/Zr抑制膜,并利用聚焦离子束刻蚀技术制备出发射面直径为100μm的微型热阴极。在此基础之上着重研究这种阴极的抑制膜特... 详细信息

为满足太赫兹真空器件对阴极的大电流密度、小电子注尺寸需求,利用双离子束辅助沉积技术在浸渍钪酸盐阴极表面沉积Ta/Zr抑制膜,并利用聚焦离子束刻蚀技术制备出发射面直径为100μm的微型热阴极。在此基础之上着重研究这种阴极的抑制膜特性,研究表明,Ta/Zr膜层比Zr膜层临界附着力更强,双离子束辅助沉积制备的Ta/Zr抑制膜比磁控溅射制备的Ta/Zr抑制膜更加致密,并且抑制发射寿命更长。阴极良好的抑制效果一方面是因为Ba扩散至Zr中形成高功函数物质,另一方面是因为Ta/Zr复合膜层高度致密有效抑制了Ba的扩散。

关键词：太赫兹器件微型阴极双离子束沉积 Ta/Zr抑制膜

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微型热阴极性能及理论分析

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电子学报 2023年第6期51卷 1443-1447页

作者：张敏杨鹏云张珂高玉娟孟维思中国电子科技集团公司第十二研究所北京100015

为了满足高频段真空器件对阴极提出大电流密度、小电子注尺寸的需求,本文利用聚焦离子束刻蚀技术在通过双离子束辅助沉积技术沉积了锆抑制膜的浸渍钪酸盐阴极表面上制备出发射面直径为100μm的微型阴极.实验结果显示:沉积的锆抑制膜在37... 详细信息

为了满足高频段真空器件对阴极提出大电流密度、小电子注尺寸的需求,本文利用聚焦离子束刻蚀技术在通过双离子束辅助沉积技术沉积了锆抑制膜的浸渍钪酸盐阴极表面上制备出发射面直径为100μm的微型阴极.实验结果显示:沉积的锆抑制膜在370 h内有效抑制了阴极的电子发射;当温度为950℃,其发射面的平均电流密度可达到43 A/cm^(2);当温度为1 000℃时,发射区域平均电流密度为58 A/cm^(2),但抑制区有了轻微发射.为了深入研究阴极微型发射区域的电子发射机理并揭示阴极抑制膜层抑制性能的原因,本文利用第一性原理建立了不同氧原子(O)吸附位以及不同钡原子(Ba)覆盖度的Ba-Sc-O-W原子结构模型和抑制膜层的Zr-Ba-Sc-O-W原子结构模型.研究发现:氧原子吸附的顶位Ba-Sc-O-W发射表面的功函数下降至1.497 eV,与钪酸盐阴极有效功函数为1.41 eV实验测试结果较为相近;随着温度的升高,阴极发射能力增强,但活性物质与Zr结合形成的Zr-Ba-Sc-O-W结构使抑制层抑制性能有所降低(Zr的功函数为4.05 eV,Zr-Ba-Sc-O-W计算所得功函数为3.348 eV).

关键词：微型阴极电子发射电流密度抑制膜原子结构模型

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