冷陰極在高頻器件中的應(yīng)用研究.pdf

1、在過去的幾十年中,世界各國(guó)投入大量資金競(jìng)相發(fā)展固態(tài)器件,盡管它在低頻范圍內(nèi)取代了部分中小功率微波電子管,但多年的研究進(jìn)展表明,固態(tài)器件在高頻大功率方面的應(yīng)用受到了極大的限制。而真空微電子器件兼顧了固態(tài)器件和真空器件的優(yōu)點(diǎn),成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)之一。 冷陰極電子源由于其諸多的優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是傳統(tǒng)熱陰極電子源的理想替代,已被應(yīng)用與場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FED),X射線管等的研究中。近年來(lái),隨著冷陰極性能的不斷提高,使其具有應(yīng)用于高頻器件的潛

2、力。在高頻器件的研究中,PIC(Particle-in-Cell)方法被剛來(lái)計(jì)算電磁場(chǎng)中帶電粒子的行為特征,是現(xiàn)階段計(jì)算場(chǎng)與粒子互作用的首選方法之一。 本文在介紹冷陰極和場(chǎng)致發(fā)射原理的基礎(chǔ)上,利用PIC方法進(jìn)行模擬研究工作。基于PIC方法的數(shù)值模擬軟件,是目前計(jì)算高頻器件中場(chǎng)與粒子能量耦合,冷陰極發(fā)射等的典型軟件。本文詳細(xì)討論了PIC方法原理,包括場(chǎng)方程,粒子方程,場(chǎng)和粒子耦合以及它們的邊界條件等。同時(shí)還對(duì)基于PIC方法的軟件原

3、理和使用做了歸納總結(jié)。 冷陰極電子源應(yīng)用于微波器件,要求其具有較大的發(fā)射電流密度和良好的聚焦性能。本文通過對(duì)三種結(jié)構(gòu)(二極結(jié)構(gòu),三極結(jié)構(gòu),HOP結(jié)構(gòu))冷陰極電子源進(jìn)行模擬,分析討論了它們的發(fā)射電流密度和聚焦性能。在二極結(jié)構(gòu)中,盡管發(fā)射電流密度比較大,但聚焦效果很不好；三極結(jié)構(gòu)中,在與二極結(jié)構(gòu)陰陽(yáng)極電壓相同的情況下,通過調(diào)節(jié)柵極電壓,可以得到比二極結(jié)構(gòu)更大的發(fā)射電流密度,并且聚焦性能得到改善,但隨著柵極電壓的增加,電子聚焦性能變差