[發明專利]場發射電子源及其用途與真空電子器件及裝置

有效

• 申請號: 201811310965.5
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109473326B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 洪序達;葛永帥;梁棟;石偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01J1/02
• 分類號: H01J1/02;H01J35/04;H01J23/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 吳乃壯

本發明提供了一種場發射電子源及其用途與真空電子器件及裝置，涉及場發射技術領域，該場發射電子源，包括絕緣且間隔設置的：陰極，增益極，與所述陰極相對設置，包括金屬電極層以及形成于所述金屬電極層上的增益層；柵極，設置于所述陰極和增益極之間；其中，所述金屬電極層位于所述柵極與所述增益層之間，所述增益層為半導體材料，所述半導體材料的二次電子發射系數≥3。該場發射電子源緩解了現有電子源電流小，利用增加柵極電壓方法易造成電子源不穩定的技術問題，達到提高場發射電子源電流密度和穩定性的技術效果。

技術領域

本發明涉及場發射領域，尤其是涉及一種場發射電子源及其用途與真空電子器件及裝置。

背景技術

真空電子器件，如微波管、X射線管、電子推進及電荷控制器件等，是通訊、空間技術、安全檢測、醫療成像等領域中的關鍵部件。真空電子器件的核心部件是場發射電子源，它的作用是產生器件工作所需的電子。場致電子發射原理是通過外部強電場來壓抑發射表面勢壘，使勢壘的高度降低，寬度變窄，使得物體內部自由電子通過隧道效應進入真空。

場發射電子源是利用上述場發射原理產生電子，其電子的發射完全由外加電場控制，在場發射電子源設計中，如果其所用場發射材料的電子發射性能一定，電子源可能產生的最大穩定電流正比于場電子發射面的面積大小。目前常用的場發射電子源的結構如圖3所示。在很多應用中，為了獲得所需要的大的發射電流，在不超過最大穩定電流密度的前提下，只能通過增加電子源的場電子發射面積來實現，從而增加了電子源的尺寸乃至整個器件的大小，這并不利于實現器件的小型化發展。另外，也可以通過提高柵極電壓增加電子源的場發射電流密度，進而獲得較大的電流。這種方案的代價是增加了電子源的負載，電流在發射過程中會發射衰減，導致電子源場發射性能的不穩定性，進而縮短相應器件的使用壽命。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種場發射電子源，以緩解上述所提及問題中的至少一個。

本發明的另一目的在于提供一種場發射電子源的用途，以緩解現有電子源應用范圍受限的問題。

本發明的再一目的在于提供一種X射線儀。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種場發射電子源，包括絕緣且間隔設置的：

陰極，

增益極，與所述陰極相對設置，包括金屬電極層以及形成于所述金屬電極層上的增益層；

柵極，設置于所述陰極和增益極之間；

其中，所述金屬電極層位于所述柵極與所述增益層之間，所述增益層為半導體材料，所述半導體材料的二次電子發射系數≥3。

進一步的，所述半導體材料的電阻率為：1×10¹⁰～3×10¹²Ω·m，優選為5×10¹⁰～1×10¹²Ω·m，進一步優選為1×10¹¹～1×10¹²Ω·m；

優選地，所述半導體材料為金剛石、氧化鎂或氮化鎵。

進一步的，所述增益層的自由端表面經氫化處理。

進一步的，所述金屬電極層的厚度為10～30nm，優選為12～28nm，進一步優選為14～26nm；所述增益層的厚度為10～30μm，優選為12～28μm，進一步優選為14～26μm；

優選地，所述金屬電極層包括銅片、鐵片、鈦片或鉬片。

進一步的，所述陰極包括導電基板和形成于所述導電基板上的場發射材料層，所述場發射材料層為碳納米管、碳納米纖維、石墨烯、氧化鋅納米管或二氧化鈦納米管中的至少一種。