[發明專利]控制場發射陰極測試與老化過程中電流穩定性的方法

有效

• 申請號: 201710271213.1
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN106960773B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 石偉;梁棟;洪序達;胡戰利;蔣昌輝
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01J3/02
• 分類號: H01J3/02;H01J9/44
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠;張靜

本發明涉及場致電子發射領域。為解決場發射陰極測試與老化過程中電流發射穩定性等問題，提供了利用場發射電子源裝置控制場發射陰極測試與老化過程中電流穩定性的方法，使場發射電子源的陰極電子發射能力與在陰極和陽極之間所施加的電場強度相關聯，并且使得由高壓電源輸出到陽極的電壓越高，陰極電子發射能力越強；在場發射電子源上加載持續的高壓，采用高壓脈沖驅動單元把加載在場發射電子源上的持續的高壓調節成脈沖式高壓；設定脈沖式高壓，以用于高壓電源穩定讀取測試中的電流，反饋給控制平臺進行調節，并在下一個連續脈沖周期到來前完成調節過程。本發明通過對場發射電壓進行反饋補償，從而實現發射電流的穩定控制，具有較強的實用性。

技術領域

本發明總體上涉及場致電子發射領域，更具體地涉及一種場致電子發射源裝置以及利用其控制場發射陰極測試與老化過程中電流穩定性的方法。

背景技術

場發射是指在外加電場的作用下，電子發生逸出的過程，即在外加電場的作用下陰極表面勢壘高度變低、寬度變窄，大量電子由于量子隧道效應穿透表面勢壘而逸出，而不需要另外增加能量。場發射陰極具有工作溫度低、高時間分辨、可編程發射特點，在X射線管和X射線成像領域具有廣泛的應用前景。而場發射陰極由于生長工藝的影響，存在電流發射穩定性問題，并且長時間工作會存在電流衰減。現有技術在陰極電流穩定性上采用柵極電流調節器，通過對場發射電壓反饋補償，從而實現發射電流的穩定，該方案需要進行復雜的電路設計，實現成本較高，難度較大。

有鑒于此，需要開發一種新的技術來克服這些缺陷。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種場致電子發射源裝置以及利用其控制場發射陰極測試與老化過程中電流穩定性的方法，從而有效地解決場發射陰極測試與老化過程中電流發射穩定性、成本以及實施難度方面的問題。

在本發明的一個方面，提供了一種場發射電子源裝置，其可以包括二極式場發射電子源、真空腔、真空泵機組、高壓電源、高壓脈沖驅動單元、真空環境監測單元和控制平臺。所述二極式場發射電子源設置于所述真空腔內。所述高壓電源可以經所述真空腔的第一法蘭連接至所述二極式場發射電子源的陽極，所述高壓脈沖驅動單元經所述真空腔的第二法蘭連接至所述二極式場發射電子源的陰極，所述真空環境監測單元經所述真空腔的第三法蘭連接至所述真空腔，所述真空泵機組經所述真空腔的第四法蘭連接至所述真空腔，所述控制平臺經通訊線纜分別連接至所述高壓電源、所述真空環境監測單元以及所述高壓脈沖驅動單元。

在一種實施方案中，所述高壓脈沖驅動單元的一端接地。

在一種實施方案中，所述陰極可以為生長在金屬襯底上的碳納米管，所述陽極可以為ITO導電玻璃或不銹鋼片，所述陽極與所述陰極之間的距離可以介于100μm和200μm之間，優選為100μm左右；所述真空腔可以是定制的，并通過所述真空泵機組可以維持所述真空腔內的真空度介于10^-6Pa與10^-4Pa之間，優選為10^-5Pa左右。

在一種實施方案中，所述高壓脈沖驅動單元可以包括低壓脈沖驅動模塊和高壓切換模塊。

在一種實施方案中，所述真空泵機組可以由前級機械泵和分子泵組成。

在一種實施方案中，在所述高壓電源和所述二極式場發射電子源陽極之間可以串聯有高壓電阻。所述高壓電阻優選為玻璃釉棒狀高壓電阻器。

在一種實施方案中，所述真空環境監測單元可以包括真空計和真空電離規管，所述真空電離規管的測量端經所述第三法蘭嵌入所述真空腔中，引出的電極端連接所述真空計。

在一種實施方案中，所述控制平臺可以與所述高壓電源、所述高壓脈沖驅動單元、以及真空檢測單元進行通訊連接，并且所述控制平臺可以采用LabVIEW上位機軟件進行集成控制。