[發明專利]一種圓形平面陰極與圓臺、柱形組合柵孔對應的冷陰極電子槍

有效

• 申請號: 201410615905.X
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104319215A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 朱卓婭;于彩茹;狄云松;張曉兵;王琦龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01J29/48
• 分類號: H01J29/48
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及電子槍領域，具體涉及一種圓形平面陰極與圓臺、柱形組合柵孔對應的冷陰極電子槍。?

背景技術

傳統的場發射陰極電子槍技術，特別是采用絲網印刷方法制作的場發射陰極電子槍，如圖1所示，包括陰極、柵極、第一陽極和第二陽極，，所述陰極包括陰極基板和制作在陰極基板表面上的陰極發射材料(冷陰極材料或場發射陰極)，所述柵極設置在陰極和第一陽極之間，在柵極上設置有與陰極發射材料對應的柵孔，所述第一陽極設置在柵極和第二陽極之間，在第一陽極上設置有與柵孔對應的第一陽極孔；一般陰極基板為平板金屬結構，陰極發射材料制作在陰極基板的中心區域，所述柵極和第一陽極用于控制陰極發射材料的發射；在陰極上施加零電位，柵極上施加電壓Vg以控制陰極發射材料發射電流，在第一陽極和第二陽極上上施加同樣大小的正高壓Va以抽取電子。?

在傳統結構中，當柵極上施加控制陰極發射的正電位時，由于陰極基板邊緣部分電場將比較強，如果陰極發射材料制作的面積完全覆蓋陰極基板，則陰極發射材料在邊緣部分的發射因為電場強而發射電流大，而中心區域因為電場相對弱而發射很少甚至不發射，產生發射的不均勻；因此要避免邊緣效應的發生，一般將陰極發射材料制作在陰極基板的中心部分，面積做得比陰極基板的面積小。?

在傳統結構中，柵孔呈圓柱形，對電勢分布的影響相對較弱，電子束的運動軌跡有的有微弱的匯聚，有的甚至沒有匯聚效果。在傳統結構中，第一陽極孔亦成圓柱形，對電勢分布的影響相對較弱，電子束穿過第一陽極孔時，其運動軌跡不會得到改善。?

發明內容

發明目的：為了解決現有技術的不足，本發明提供一種圓形平面陰極與圓臺、柱形組合柵孔對應的冷陰極電子槍，通過改變柵孔和發射陰極形狀，避免傳統場發射陰極因邊緣場過于集中帶來的打火、陰極損傷以及電子束軌跡發散等問題，解決了現有技術的不足。?

技術方案:一種圓形平面陰極與圓臺、柱形組合柵孔對應的冷陰極電子槍，包括陰極、柵極、第一陽極和第二陽極，所述陰極包括陰極基板和制作在陰極基板上表面的場?發射陰極，所述柵極設置在陰極和第一陽極之間，在柵極上設置有與場發射陰極對應的柵孔，所述第一陽極設置在柵極和第二陽極之間，在第一陽極上設置有柵極對應的柵孔；所述陰極基板上表面對應柵孔的位置設置有圓臺狀突起結構，所述場發射陰極覆蓋住所述圓臺狀突起結構的上表面部位，形成圓形平面陰極。?

所述圓臺狀突起結構，可以增加陰極基板周邊區域相對于圓臺狀突起結構的上表面圓面區域與柵極的距離，減小陰極基板周邊區域的電場強度；當柵極施加電壓后，能夠抵消在陰極基板邊緣形成的邊緣場效應，補償場發射陰極中心區域與邊緣區域的電場差。設計圓臺狀突起結構，突出上表面圓面區域，體現平面結構的電場強度分布均勻的優勢。?

所述柵孔的內徑，沿其軸向先減小后不變再增大，形成兩個燕尾與中間柱形過渡相對接的結構；以柱形上下底面為橫截面，將柵極分為上中下三部分，陽極的一側稱為上極板，陰極的一側稱為下極板，以及中間柱形柵孔極板。下極板的坡口設計，可以減小柵極與場發射陰極之間的距離，從而獲得較大的發射電場，進一步增大場發射陰極表面的電場強度，以更好地抵消邊緣場效應；上極板的坡口設計，可以改變上極板附近的電勢分布，從而改變電子束的運動軌跡，使得電子束的匯集趨勢更加明顯；而中間的柱形柵孔極板，起到了調節作用，一方面能夠緩和因柵極下極板的電勢分布而導致的電子束軌跡的發散，使得上極板附近的電勢分布能夠切實的改變電子束的運動軌跡；另一方面能夠緩和因結構的尖銳變化而對周圍電場帶來的大強度的改變，使得陰極圓形發射平面表面保持勻強電場，更好的克服邊緣場效應現象，提高陰極場發射表面的發射均勻性。?

另外，上極板和下極板的坡口傾斜角度可以相同也可以不同；調節下極板坡口的傾斜角度，可以調整場發射陰極表面電場的均勻性，有效克服邊緣場效應，提高陰極場發射表面的發射均勻性；調節上極板坡口的傾斜角度，可以調整柵極上極板附近的電勢分布，使得電子束的運動軌跡匯聚。?

同時，需要指出的是，以柱形柵孔結構將柵極分成上電極、柱形柵孔電極和下電極三部分，在保證中間柱形柵孔電極存在的前提下，可以僅設計上電極或僅設計下電極具備坡口結構，甚至柵極可以設計為不具備上電極或不具備下電極的結構。?

所述第一陽極的內徑，沿其軸向逐漸減小，形成圓臺狀第一陽極孔徑結構。其坡口設計，可以調節第一陽極孔徑附近的電勢分布，從而調節電子束的運動軌跡，使得電子束的匯聚趨勢更加的明顯。?