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扩展的肖特基热发射理论研究

作　者: 周细文
导　师: 朱小芳
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 阴极热电子发射扩展的肖特基热发射复合型阴极热发射
分类号: TN12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

阴极是微波电真空器件中电子枪发射电子的源头,是影响电子枪性能的最重要部件之一,它对电子枪的发射能力和寿命有决定性作用,而电子枪的发射能力对微波电真空器件的输出功率、带宽、寿命等参数有很大的影响。作为现代军事信息装备的心脏的微波电真空器件,为了保持相对于半导体器件在高频率、大功率等方面的优势,必须改善和增大阴极的发射性能及提高阴极的整体技术水平。电子枪的阴极发射和阴极的材料、阴极的工作温度以及电子枪的结构有很大的关系,为了达到对电子枪的准确模拟,此三方面必须很好的考虑。电子枪的性能参数直接影响到微波管的电子效率、寿命、增益、线性度等主要性能指标,所以合理设计电子枪是微波管整体设计中的一个重要环节。阴极的热电子发射是一个相当复杂的机制,受很多因素影响,各种因素对阴极能否稳定发射起着很重要的作用。首先是阴极温度的影响,温度的高低在微观上直接影响着电子动能的大小,而动能的大小就反映在电子逸出金属表面的能力上。其次是阴极与阳极之间的距离,距离的大小会很大程度上决定了阳极收到的从阴极发射过来的电子数目,从而影响阳极电流。还有因空间电荷而产生的虚阴极的位置和虚阴极电压的大小,它影响那些能到达阳极的电子数目,因为虚阴极是电子能到达阳极的最后一道障碍。同时阴极发射电子的初速度也是不可忽略的因素,它通过直接影响虚阴极电压的大小和位置而间接影响阴极的电子发射。还有阴阳极之间的电势差,因为它是促进电子突破虚阴极障碍的最主要的因素,它直接关系着阳极收到的从阴极发射过来的电子数目,理论上阴阳极之间的电场强度大于10~2V cm时就要考虑肖特基效应,而大于5×10~4V cm时要考虑相对论效应。学位论文的创新点:分析电子的隧道效应对电子逸出阴极的影响,以场致电子发射时电子的波动效应为前提,重新求解薛定谔方程,分析了阴阳极之间电场强度处于10~2～10~5V cm之间更精确的扩展的肖特基发射模型,并论证了模型之间的连续性。最后本论文通过对元素周期表中元素性质变化规律的分析,着重阐述了电子的微观特性以及复合材料之间电偶极矩的作用对阴极逸出功的影响,理论上为阴极材料的选取提供了相对合适的方向,确定了新型符合发射阴极的材料搭配和可能的发射特性,为后续的实验工作确定了一定的基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章概述  9-15
  1.1 阴极热发射的概述  9
  1.2 阴极热发射的研究现状及进展  9-12
    1.2.1 纯金属热阴极  9-11
    1.2.2 原子薄膜阴极  11
    1.2.3 氧化物阴极  11-12
    1.2.4 扩散阴极  12
  1.3 论文立题背景及组织结构  12-13
  1.4 本论文的主要工作及创新  13-15
第二章阴极热电子发射理论分析  15-50
  2.1 阴极热发射影响条件的分析  15
  2.2 阴极热发射的模型  15-48
    2.2.1 纯金属热阴极的热发射模型  15-20
    2.2.2 虚阴极不明显时空间电荷影响的热发射模型  20-27
    2.2.3 虚阴极明显时空间电荷影响的热发射模型  27-35
    2.2.4 原子覆膜阴极的热发射模型  35-37
    2.2.5 低阳极电压下的肖特基效应下的热发射模型  37-39
    2.2.6 相对论效应下的阴极热发射模型  39-41
    2.2.7 氧化物阴极热发射模型  41-46
    2.2.8 带有初始能量电子发射情况下的热发射模型  46-48
  2.3 本章小结  48-50
第三章复合型阴极热发射理论分析  50-63
  3.1 热发射模型和场发射模型  50
  3.2 场助热发射模型和热助场发射模型  50-59
  3.3 复合型阴极发射模型  59-62
  3.4 本章小结  62-63
第四章结束语  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
攻硕期间取得的研究成果  69-70

扩展的肖特基热发射理论研究

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