六硼化鑭薄膜的制備及發(fā)射特性研究.pdf

1、陰極是電子源的核心部件。隨著電子源在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)電子源的要求越來越高，相應(yīng)地，對(duì)陰極的要求也越來越苛刻。如要求發(fā)射電流密度大、束流品質(zhì)好的電子源,以獲得很高亮度的電子束。目前陰極的實(shí)現(xiàn)方案很多，其中在材料基底上敷膜的薄膜陰極的方法既可利用基底本身的物理、結(jié)構(gòu)特性，又可利用膜材料的物理化學(xué)性能，是一種有效的提高陰極性能的方法。
　　薄膜陰極就是在陰極表面上沉積其他材料的薄膜，以進(jìn)一步的降低陰極表面功函數(shù)。因此薄膜材料的選擇至

2、關(guān)重要，主要考慮材料的功函數(shù)、電導(dǎo)率、密度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等各種因素，而六硼化鑭作為一種高熔點(diǎn)、耐離子轟擊、抗氧化、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、化學(xué)和物理穩(wěn)定性極好的優(yōu)質(zhì)陰極電子發(fā)射材料，使之成為薄膜陰極實(shí)現(xiàn)方案中理想的薄膜材料。
　　本文通過電泳法和電子束蒸發(fā)法分別在金屬錸和硅尖錐陣列上實(shí)現(xiàn)六硼化鑭薄膜的制備，研究適合于熱陰極和冷陰極不同要求的LaB6薄膜陰極制備工藝。論文圍繞這兩個(gè)部分，分別對(duì)六硼化鑭薄膜的電泳制備工藝、電子束蒸發(fā)制備工

3、藝、硅尖錐陣列的制備工藝進(jìn)行了重點(diǎn)研究，獲得了比較理想的工藝參數(shù)。最終成功制備了多晶六硼化鑭薄膜。通過掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線衍射（XRD）對(duì)薄膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：電泳沉積薄膜的退火后，薄膜表面相對(duì)平整，結(jié)晶程度明顯提高；而電子束蒸發(fā)沉積薄膜的晶粒均勻、致密，膜表面非常平整，<100>面有擇優(yōu)生長現(xiàn)象，晶粒尺寸隨著基底溫度的升高而增大，結(jié)晶度逐步升高。
　　論文對(duì)錸基底的六硼化鑭薄膜陰極及硅陣列薄膜陰極

4、分別進(jìn)行了熱發(fā)射特性和場(chǎng)發(fā)射特性測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。錸基底的薄膜陰極熱電子發(fā)射特性及電流發(fā)射穩(wěn)定性的測(cè)試表明：薄膜陰極在2×10-4Pa的真空度下，薄膜陰極溫度為1200℃時(shí)，可以得到0.44A/cm2的電流密度，發(fā)射壽命達(dá)到40小時(shí)。熱發(fā)射穩(wěn)定性測(cè)試中發(fā)現(xiàn)：真空度對(duì)LaB6薄膜的熱電子發(fā)射能力有一定的影響，隨著真空度的降低，陰極發(fā)射電流逐漸減小，而且，發(fā)射電流波動(dòng)幅度增大。根據(jù)Richardson直線法，得到六硼

5、化鑭薄膜的功函數(shù)為2.56eV，在六硼化鑭功函數(shù)理論范圍內(nèi)。而硅尖錐及不同的真空度下陣列薄膜的場(chǎng)致發(fā)射 I-V特性及電流發(fā)射穩(wěn)定性的測(cè)試結(jié)果表明：真空度為8×10-5Pa，陽極電壓為1650V時(shí)，沉積LaB6的薄膜陰極陣列的發(fā)射電流總發(fā)射電流達(dá)到125μA，是相同條件下純硅尖錐陣列125倍，可以得到電流密度為3.1mA/cm2的場(chǎng)發(fā)射電流。測(cè)試中硅陣列六硼化鑭薄膜具有良好的場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性：30分鐘測(cè)試時(shí)間段內(nèi)除了開始階段波動(dòng)較大，發(fā)射電流