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文檔簡介
1、場致發(fā)射電子源具有瞬間啟動和強(qiáng)脈沖發(fā)射等優(yōu)勢,在微型真空器件中有較好的應(yīng)用前景。在場發(fā)射X射線管和冷陰極微波管等器件中,電子源往往工作在脈沖發(fā)射模式下,而且僅有真空運(yùn)流電流對器件的射線和高頻功率輸出有貢獻(xiàn)。與直流穩(wěn)態(tài)場致發(fā)射相比較,脈沖場致發(fā)射的物理過程比較復(fù)雜,它不僅涉及場發(fā)射體的隧穿電子發(fā)射,還涉及真空環(huán)境下各個電極之間的位移電流,以及電容充放電對場發(fā)射能力的影響等。因此,研究脈沖場致發(fā)射的物理過程和電路模型,以及探索在脈沖場發(fā)射模
2、式下運(yùn)流電流的瞬間發(fā)射狀態(tài)具有重要的意義。
直流場致發(fā)射性能的研究已經(jīng)較為成熟,但在脈沖場致發(fā)射的研究還不夠深入和系統(tǒng)。本文針對上述問題,分別研究了脈沖二極管場致發(fā)射特性、脈沖三極管場致發(fā)射特性,最后探索了脈沖場致發(fā)射在X射線管的應(yīng)用。主要研究工作和成果如下:
1.設(shè)計(jì)并制作了用于脈沖場致發(fā)射性能研究的高壓脈沖電源,為后續(xù)脈沖場致發(fā)射性能研究奠定基礎(chǔ)。
具體制作中采用5個IGBT串聯(lián)的方式,利用FPGA產(chǎn)生
3、短脈沖信號,光纖同步電路將此信號分成5路信號,來實(shí)現(xiàn)同步控制5個IGBT的開通與關(guān)斷。該高壓電源可產(chǎn)生幅值0~6kV,峰值功率400W,脈沖寬度ms級且可調(diào)的高壓脈沖。
2.建立了脈沖場致發(fā)射電路模型,分析了脈沖場發(fā)射瞬態(tài)電流波動的原因,并實(shí)驗(yàn)研究了脈沖場發(fā)射物理過程。
在脈沖二極管場發(fā)射實(shí)驗(yàn)研究中,發(fā)現(xiàn)脈沖場發(fā)射瞬態(tài)電流并不穩(wěn)定,隨著脈沖場致發(fā)射電流的增大波動性越劇烈。為此文中設(shè)計(jì)三組實(shí)驗(yàn)且對場發(fā)射二極結(jié)構(gòu)建立電路
4、模型,通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果對照發(fā)現(xiàn),這是由于場致發(fā)射電流電壓的非線性和極間電容共同導(dǎo)致的結(jié)果。
3.通過對柵網(wǎng)蒸鍍氧化鎂薄膜和覆蓋碳膜,改進(jìn)了在脈沖場發(fā)射三極結(jié)構(gòu)中,柵極較高電壓下透過率過低問題。
在脈沖三極管場致發(fā)射性能實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),隨著柵網(wǎng)電壓的增高柵網(wǎng)電子透過率急劇下降,如在脈沖場發(fā)射電流為6.3mA時,穿過柵網(wǎng)到達(dá)陽極的電流僅為1.25mA,透過率僅為19.8%。實(shí)驗(yàn)中分別對柵網(wǎng)蒸鍍150nm厚的氧化鎂薄膜和
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