[發(fā)明專利]具有基于納米管或納米線的平面陰極的真空電子管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710545817.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN107591299B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J-P·馬澤利耶;L·薩博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 泰勒斯公司
• 主分類號(hào): H01J1/304
• 分類號(hào): H01J1/304;H01J35/06
• 代理公司: 北京戈程知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發(fā)明公開了一種具有基于納米管或納米線的平面陰極的真空電子管。本發(fā)明涉及一種真空電子管，其包括布置在真空室(E)中的至少一個(gè)電子發(fā)射陰極(C)和至少一個(gè)陽極(A)，所述陰極具有平面結(jié)構(gòu)，所述平面結(jié)構(gòu)包括基底(Sb)、多個(gè)納米管或納米線元件以及至少一個(gè)第一連接器(CE1)，所述基底包括導(dǎo)電材料，所述納米管或納米線元件與基底電絕緣，所述納米管或納米線元件的縱向軸線實(shí)質(zhì)上平行于基底的平面，所述第一連接器電性聯(lián)接至至少一個(gè)納米管或納米線元件，從而能夠向納米線或納米管元件施加第一電勢(V1)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及真空電子管的領(lǐng)域，其應(yīng)用包括例如X射線管的制造或者行波管(TWT)的制造。更具體而言，本發(fā)明涉及陰極是基于納米管或納米線元件的真空電子管。

背景技術(shù)

如圖1所示，真空電子管的結(jié)構(gòu)是已知的。電子發(fā)射陰極Cath和陽極A布置在真空室E中。電勢差V0(一般在10KV和500KV之間)施加在陽極A和陰極Cath之間以在室內(nèi)產(chǎn)生電場E0，以允許來自陰極的電子的提取和加速，從而形成“電子槍”。在電場E0的影響下，電子受到陽極吸引。由陽極產(chǎn)生的電場具有3個(gè)功能：

-提取來自陰極的電子(對(duì)于冷陰極來說)，

-向電子提供軌跡以在管中使用電子。例如，在TWT中，其使得能夠?qū)㈦娮邮⑸溥M(jìn)入相互作用葉輪(interaction impeller)。

-為了真空管的需要而通過電壓梯度而將能量給予電子。例如，在X射線管中，電子的能量控制X射線發(fā)射譜。

TWT是這樣的管，其中電子束穿過金屬葉輪。在該葉輪中引導(dǎo)RF波，從而與電子束相互作用。這種相互作用實(shí)現(xiàn)在電子束和RF波(其得到放大)之間的能量傳遞。因此，TWT是一種高功率放大器，其可以例如應(yīng)用于通信衛(wèi)星中。

在X射線管中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，電子由于沖擊到陽極上而受到制動(dòng)，而這些經(jīng)減速的電子發(fā)射電磁波。如果電子的初始能量足夠強(qiáng)(至少1keV)，則相關(guān)的輻射在X射線范圍內(nèi)。根據(jù)另一實(shí)施方案，高能電子與目標(biāo)(陽極)的原子的核心電子相互作用。引發(fā)的電子重組伴隨有具有光子特性能量的發(fā)射。

因此，通過陰極發(fā)射的電子受到外部電場E0的加速，以朝向目標(biāo)/陽極(一般由鎢制備)(對(duì)于X射線管來說)，或者朝向相互作用葉輪(對(duì)于TWT來說)。

為了產(chǎn)生電子的(準(zhǔn))連續(xù)發(fā)射，使用了兩種技術(shù)：(i)冷陰極和(ii)熱離子陰極。

冷陰極基于通過場發(fā)射而進(jìn)行的電子發(fā)射：施加至材料的強(qiáng)電場(數(shù)個(gè)V/nm)使得能壘的彎曲足以允許電子能夠通過隧穿效應(yīng)而傳輸至真空。宏觀上獲得這樣的強(qiáng)電場是不可能的。

具有垂直尖端的陰極利用與尖端效應(yīng)相結(jié)合的場發(fā)射。為此，在文獻(xiàn)中得到廣泛使用和發(fā)展的幾何結(jié)構(gòu)在基底上形成垂直尖端P(其具有較高的高寬比)，如圖2所示。通過尖端效應(yīng)，發(fā)射部的尖端處的電場可以具有所尋求的量級(jí)。該電場通過由尖端帶來的靜電干擾而以均勻的電場形成。以這樣的配置，施加均勻外部電場E0。正是這樣的電場的變型使得能夠控制在發(fā)射部的尖端處的電場水平，并且因此控制相應(yīng)的發(fā)射的電流水平。

第一個(gè)門控陰極(被稱作尖陰極(Spindt tip))開發(fā)于1970年代，其示出于圖3a和圖3b中。其原理是基于由控制門25圍繞的導(dǎo)電尖端20的使用。一般而言，頂點(diǎn)在門的平面上。在尖端和門之間的電勢差使得能夠調(diào)制在尖端的頂點(diǎn)處的電場水平(并且因此調(diào)制發(fā)射的電流的水平)。這些結(jié)構(gòu)因其對(duì)于尖端/門對(duì)齊的高靈敏性以及在這兩個(gè)元件之間的電絕緣的問題而為人所知。

最近，已經(jīng)由碳納米管或CNT而制造了以與基底成直角的角度而垂直布置的尖端發(fā)射部。

利用碳納米管CNT的門控陰極還描述于例如編號(hào)為PCT/EP2015/080990的專利申請(qǐng)，并且示出于圖4中。門G布置在每個(gè)VACNT(用于“垂直對(duì)齊CNT(Vertically AlignedCNT)”)周圍。