单晶LaB6-FEA微观形貌调控与电子发射特性研究

批准号:
61704021
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
王小菊
依托单位:
学科分类:
F0408.新型信息器件
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
祁康成、曹贵川、郑磊、白旭光、李建樟、敦涛、李红林、王旭聪
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中文摘要
冷阴极发射稳定性差是限制场发射微波管实际应用的最重要因素。本项目创新性地提出一种有望实现电子稳定发射的单晶六硼化镧场发射阵列阴极(LaB6-FEA)。研究内容包括:(1)揭示纳秒脉冲电化学腐蚀对单晶LaB6的作用机理和形貌调控机制,不同晶面LaB6-FEA腐蚀速率与电化学腐蚀参数的关系。(2)基于阴极在大发射电流下带来的Nottingham效应和焦耳热效应,计算LaB6尖端温度与发射体结构参量、物理特性、发射性能之间的定量关系,并研究强电场下的场蒸发物理过程,为进一步调控LaB6-FEA尖端均匀性提供理论指导。(3)掌握气体吸附、离子溅射和大电流密度工作对单晶LaB6-FEA发射表面物理参数、微观结构和宏观发射性能的影响,揭示该阴极在微波管使用环境下实现稳定电子发射的机理。项目具有创新性和实用价值。
英文摘要
Poor emitting stability of cold cathode is the most important factor limiting the practical application of microwave tube. This project proposes an innovative single-crystal lanthanum hexaboride field emission array (LaB6-FEA) that is expected to achieve stable electron emission. The study includes: (1) Reveals principle and morphology regulatory mechanism of nanosecond pulsed electrochemical etching on single crystal LaB6, and relations between LaB6-FEA corrosion rate of different crystal faces and electrochemical corrosion parameters. (2) Based Nottingham effect and Joule heating caused by large emitting current, calculate the quantitative relationship among emitter tip temperature, structural parameters, physical characteristics and emission performance. The field evaporation process under the strong electric field is also researched, providing a theoretical guidance to further regulation of LaB6-FEA tip uniformity. (3) The effects of gas adsorption, ion sputtering and large current density on physical parameters, microstructure and emitting performance are analyzed, revealing the stable emission mechanism of LaB6-FEA operating in microwave tube operating conditions. This project has innovative and practical value.
本项目提出并制备了一种适用于微波管的场发射阴极。以LaB6作为发射体材料,利用其低逸出功和高稳定性,提高现有场致发射阴极的发射电流密度和发射稳定性。项目主要研究内容包括:.(1)单晶LaB6-FEA结构设计与制备方法研究。具体包括:A.微细加工电化学腐蚀形成单晶LaB6-FEA,包括方案设计、掩膜层制备、腐蚀液浓度和腐蚀电流等参数研究。B.电火花线切割辅助电化学腐蚀形成单晶LaB6-FEA,包括阵列结构设计、腐蚀参数研讨。C.微球光刻法形成单晶LaB6-FEA,包括微球掩膜制备、掩膜直径缩小及单晶LaB6尖锥阵列腐蚀技术研究。.(2)纳米Si-LaB6复合场发射阵列阴极制备与性能研究。具体包括:阴极结构OPERA仿真设计、工艺方案设计、微球自组装、微球掩膜的等离子刻蚀、形成FEA阵列掩模图形、图形转移、形成Si-LaB6等。.(3)阴极电子发射性能研究。具体包括:A.测试系统搭建,包括测试装置设计、加工、组装,测试电路设计与连接。B.测试装置预处理,即零部件清洗、表面处理等工艺。C.场发射性能测试,包括测试方法,I-V特性,F-N特性,电子发射稳定性等。.(4)阴极测试结果。微细加工电化学腐蚀法制备的尖锥型单晶LaB6-FEA,发射电流整体较小,当阳极电压为1700V时,发射电流为68.3μA;电火花线切割辅助电化学腐蚀制备的柱型单晶LaB6-FEA,当阳极电压为1700V时,阴极发射电流为528.8μA;微球光刻形成的单晶LaB6-FEA,当阳极电压为1350V时,发射电流为1.33mA;纳米Si-LaB6复合场发射阵列阴极,当阳极电压为850V时,场发射电流超过190mA,性能可靠稳定。.测试结果达到项目预期指标。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Journal of the University of Electronic Science and Technology of China
影响因子:--
作者:王小菊;敦涛;马祥云;徐如祥;祁康成;曹贵川;林祖伦
通讯作者:林祖伦
Self-assembled Zn-Al-F layered double hydroxides enabling dendrite-free Zn deposition process in high-rate Ni-Zn secondary batteries
自组装Zn-Al-F层状双氢氧化物可在高倍率Ni-Zn二次电池中实现无枝晶的锌沉积过程
DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.227412
发表时间:2020-02-01
期刊:JOURNAL OF POWER SOURCES
影响因子:9.2
作者:Yan, Xinyu;Chen, Zexiang;Lv, Huifang
通讯作者:Lv, Huifang
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Journal of the University of Electronic Science and Technology of China
影响因子:--
作者:邓江;葛延槟;虞游;王小菊
通讯作者:王小菊
Highly Stable Three-Dimensional Nickel-Cobalt Hydroxide Hierarchical Heterostructures Hybridized with Carbon Nanotubes for High-Performance Energy Storage Devices
与碳纳米管杂化的高稳定三维氢氧化镍钴多级异质结构用于高性能储能器件
DOI:10.1021/acsnano.9b04282
发表时间:2019
期刊:ACS Nano
影响因子:17.1
作者:Wang Yan;Wei Hualiang;Lv Huifang;Chen Zexiang;Zhang Jijun;Yan Xinyu;Lee Ling;Wang Zhiming M;Chueh Yu Lun
通讯作者:Chueh Yu Lun
DOI:--
发表时间:2020
期刊:实验室研究与探索
影响因子:--
作者:王小菊;吕一帆;祁康成;任帅;陆荣国;陈德军
通讯作者:陈德军
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