一種場發(fā)射電子源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種場發(fā)射電子源，包括柵極、陽極以及由襯底和場發(fā)射材料組成的陰極，所述襯底為一個腔體，所述腔體具有一個開放面，所述場發(fā)射材料均勻布置在所述腔體的內(nèi)表面上，形成多個發(fā)射面。本發(fā)明可提供較大的場發(fā)射電流密度，且性能穩(wěn)定，使用壽命長。
【專利說明】一種場發(fā)射電子源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及場發(fā)射技術(shù)，尤其涉及一種場發(fā)射電子源。
【背景技術(shù)】
[0002]場發(fā)射電子源利用所謂場發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生電子。其電子的發(fā)射完全由外加電場控制，在場發(fā)射電子源設(shè)計(jì)中，如果其所用場發(fā)射材料的電子發(fā)射性能一定、即相應(yīng)可以得到的穩(wěn)定的最大場發(fā)射電流密度一定的情況下，電子源可能產(chǎn)生的最大穩(wěn)定電流正比于場電子發(fā)射面的面積大小。通常的場發(fā)射電子源的電子發(fā)射面具有平面結(jié)構(gòu)或者簡單的曲面結(jié)構(gòu)，其出射電子束截面大小通常接近于電子源的場電子發(fā)射面積大小。
[0003]在很多應(yīng)用中，為了獲得所需要的大的發(fā)射電流，在不超過最大穩(wěn)定電流密度的前提下，只能通過增加電子源的場電子發(fā)射面積來實(shí)現(xiàn)，從而增加了電子源的尺寸乃至整個器件的大小。同時在增加場電子發(fā)射面積的同時也增加了出射電子束的截面積大小。然而對于一些特殊的應(yīng)用，由于器件本身對于尺寸有著嚴(yán)格的限制或者系統(tǒng)本身電子束聚集的能力的限制，往往需要額外的、或者是更為復(fù)雜的電子束聚焦裝置對電子束進(jìn)行額外聚焦以減小電子束截面大小，從而增加了相關(guān)器件的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度和造價。在另有的應(yīng)用中，也采用提高施加在場電子發(fā)射材料上的柵極電壓，從而增加電子源的場發(fā)射電流密度，進(jìn)而獲得較大的電流。這種方案的代價是增加了電子源的負(fù)載，有可能導(dǎo)致電子源場發(fā)射性能的不穩(wěn)定性，進(jìn)而縮短相應(yīng)器件的壽命。從總體上來說，目前已經(jīng)報道的技術(shù)對此問題沒有比較令人滿意的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種場發(fā)射電子源，可提供較大的場發(fā)射電流密度，且性能穩(wěn)定，使用壽命長。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段:場發(fā)射電子源，包括柵極、陽極，以及由襯底和場發(fā)射材料組成的陰極，還包括一個腔體，所述腔體具有一個開放面，且所述腔體的多個內(nèi)表面為襯底，所述場發(fā)射材料均勻布置在所述襯底上，形成多個發(fā)射面。
[0006]進(jìn)一步的，所述柵極沿所述腔體的多個內(nèi)表面均勻分布。
[0007]進(jìn)一步的，所述陽極設(shè)置在所述腔體開放面外側(cè)的正前方。
[0008]進(jìn)一步的，所述腔體的開放面作為電子束的出射面。
[0009]進(jìn)一步的，從所述發(fā)射面發(fā)射的電子在所述陽極電壓施加的徑向動量和柵極電壓施加的橫向動量作用下，向所述腔體的中心運(yùn)動，并在所述腔體內(nèi)部進(jìn)行聚攏疊加。
[0010]進(jìn)一步的，所述各個發(fā)射面對應(yīng)一個柵極，每個柵極分別連接獨(dú)立的控制裝置，控制多個發(fā)射面按照一定頻率交替工作。
[0011]進(jìn)一步的，所述腔體為長方體、立方體、圓柱體或其它多面體中的任一種。
[0012]本發(fā)明由于采用以上所述技術(shù)方案，從而使得在不增加出射電子束截面的情況下，顯著的提高電子源的實(shí)際場發(fā)射面積，繼而獲得較高的有效場發(fā)射電流密度或者延長電子源的使用壽命，滿足眾多應(yīng)用中對于高電流密度和長壽命的場發(fā)射電子源的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]本發(fā)明一種場發(fā)射電子源由以下的實(shí)施例及附圖詳細(xì)給出。
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中場發(fā)射電子源結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中場發(fā)射電子束發(fā)射軌跡示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例電子源等勢線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下將對本發(fā)明一種場發(fā)射電子源作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0018]請參照圖1和圖2，本發(fā)明的場發(fā)射電子源，包括陽極、柵極和陰極，其中陰極由襯底和場發(fā)射材料組成。在本實(shí)施例中，所述襯底為正方體型的腔體1，所述腔體I包括五個表面和一個開放面4,每個表面對應(yīng)一個內(nèi)表面2,所述發(fā)射材料被均勻的分布在內(nèi)表面2(襯底)上，五個內(nèi)表面2即為場發(fā)射電子源的發(fā)射面。所述開放面4，作為發(fā)射面發(fā)射出的電子束的出射面。
[0019]本發(fā)明有效地利用了整個腔體I的每一個內(nèi)表面2作為電子發(fā)射面，相比于傳統(tǒng)的單一平面發(fā)射源，大幅增大了電子束的實(shí)際發(fā)射面積。電子束將從電子源的多個發(fā)射面進(jìn)行發(fā)射，經(jīng)過開放面4射出。
[0020]場發(fā)射電子源的柵極3沿所述腔體I的五個內(nèi)表面2均勻分布，每個內(nèi)表面2對應(yīng)的柵極電壓相等；同時，由于腔體I中以開放面為底的其它側(cè)內(nèi)壁具有幾何對稱特性，因此，在腔體I內(nèi)部形成了一個橫向?qū)ΨQ的等勢空間。在相同的柵極電壓下，在本實(shí)施例中，每個發(fā)射面都保持著與傳統(tǒng)場發(fā)射電子源一致的發(fā)射電場，從而保證了每個發(fā)射面能提供發(fā)射一致的發(fā)射電流密度。
[0021]所述陽極5設(shè)置在所述開放面4外側(cè)的正前方，陽極電壓與腔體I的內(nèi)邊界條件共同形成了一組向著陽極5方向收斂的橫向?qū)ΨQ的等勢面。如圖3所示，所述腔體I內(nèi)表面2附近等勢線曲率較大，從腔體I內(nèi)各個發(fā)射面發(fā)射的電子沿著垂直于等勢線的方向運(yùn)動，在開放面4處得到了聚攏疊加，同時在陽極電壓的引導(dǎo)下射向陽極5。此時的整體發(fā)射電流為各發(fā)射面的發(fā)射電流之和。發(fā)射的電子束初始橫截面面積由所述腔體I的開放面4(電子束的出射面)決定。在本發(fā)明的實(shí)施例中，出射面也即開放面4的面積并沒有像現(xiàn)有技術(shù)一樣增加，而是一般保持和普通二維電子源發(fā)射面積一樣。因此在發(fā)射的電子束初始面積不變的情況下，通過增加整體發(fā)射電流從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流密度的大幅提高。這種提高發(fā)射電流密度的方式避免了額外增加?xùn)艠O電壓而對場發(fā)射材料造成的損害。
[0022]應(yīng)用本發(fā)明所述的三維腔體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的總發(fā)射電流，若所述總發(fā)射電流與傳統(tǒng)單一平面電子源的發(fā)射電流一致，則可降低其每一個發(fā)射面單獨(dú)的發(fā)射電流，而使每一個發(fā)射面所需的柵極電壓大大低于傳統(tǒng)的單一平面電子源所需的柵極電壓，從而提高每一個發(fā)射面的場發(fā)射材料的壽命。
[0023]在其它實(shí)施例中，如果所述各個發(fā)射面對應(yīng)的柵極在保持與傳統(tǒng)電子源相同的柵極電壓情況下，由于各個發(fā)射面對應(yīng)一個柵極，每個柵極分別連接獨(dú)立的控制裝置，則可以通過控制裝置獨(dú)立控制，使發(fā)射面根據(jù)控制頻率進(jìn)行交替工作。這兩種實(shí)施方式均可以降低場發(fā)射材料的使用損耗，因此可大幅度提高電子源的使用壽命。
[0024]當(dāng)然，除了以上實(shí)施例中描述的所述腔體I為正方體，所述腔體I也可以為圓柱體等多面體結(jié)構(gòu)，圓柱體的內(nèi)側(cè)面和其中一底面構(gòu)成了電子源的發(fā)射面，從而大大提高電子源的發(fā)射面積，從而提高總電子束的發(fā)射密度。同理，所述腔體I也可以為長方體或其它多面體結(jié)構(gòu)。
[0025]本發(fā)明由于采用以上所述技術(shù)方案，因此(一)在不增加出射電子束截面的情況下，顯著的提高電子源的實(shí)際場發(fā)射面積，繼而獲得較高的有效場發(fā)射電流密度；(二)由于所述腔體I的三維結(jié)構(gòu)的開放面4(即電子束的出射面)與所述陽極5的距離與傳統(tǒng)單一平面結(jié)構(gòu)保持一致，因此腔體I的其它內(nèi)表面2的發(fā)射面相對陽極5的實(shí)際距離更大，這可以有效地降低陽極5作用在場發(fā)射材料上形成的暗電流。(三)腔體I的半封閉結(jié)構(gòu)有效地保護(hù)了在電子發(fā)射的物理過程中外部環(huán)境產(chǎn)生的其他各種帶電粒子對場發(fā)射材料的損害，延長了電子源的使用壽命，滿足眾多應(yīng)用中對于高電流密度和長壽命的場發(fā)射電子源的需要。
[0026]由于以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受此限制，即凡是依本發(fā)明的權(quán)利要求書及本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，均應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種場發(fā)射電子源，包括柵極、陽極，以及由襯底和場發(fā)射材料組成的陰極，其特征在于，所述襯底為一個腔體，所述腔體具有一個開放面，所述場發(fā)射材料均勻布置在所述腔體的內(nèi)表面上，形成多個發(fā)射面。
2.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射電子源，其特征在于，所述柵極沿所述腔體的多個內(nèi)表面均勻分布。
3.如權(quán)利要求2所述的場發(fā)射電子源，其特征在于，所述陽極設(shè)置在所述腔體開放面外側(cè)的正前方。
4.如權(quán)利要求3所述的場發(fā)射電子源，其特征在于，所述腔體的開放面作為電子束的出射面。
5.如權(quán)利要求3所述的場發(fā)射電子源，其特征在于，從所述發(fā)射面發(fā)射的電子在所述陽極電壓施加的徑向動量和柵極電壓施加的橫向動量作用下，向所述腔體的中心運(yùn)動，并在所述腔體內(nèi)部進(jìn)行聚攏疊加。
6.如權(quán)利要求2所述的場發(fā)射電子源，其特征在于，所述各個發(fā)射面對應(yīng)一個柵極，每個柵極分別連接獨(dú)立的控制裝置，控制多個發(fā)射面按照一定頻率交替工作。
7.如權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的場發(fā)射電子源，其特征在于，所述腔體為長方體、立方體、圓柱體或其它多面體中的任一種。
【文檔編號】H01J31/04GK103779157SQ201210407712
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】章健, 徐一鳴, 李冬松 申請人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司