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      一種場發(fā)射電子源的制作方法

      文檔序號:2843986閱讀:333來源:國知局
      專利名稱:一種場發(fā)射電子源的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型涉及場發(fā)射技術(shù),尤其涉及一種場發(fā)射電子源。
      背景技術(shù)
      場發(fā)射電子源利用所謂場發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生電子。其電子的發(fā)射完全由外加電場控制,在場發(fā)射電子源設(shè)計中,如果其所用場發(fā)射材料的電子發(fā)射性能一定、即相應(yīng)可以得到的穩(wěn)定的最大場發(fā)射電流密度一定的情況下,電子源可能產(chǎn)生的最大穩(wěn)定電流正比于場電子發(fā)射面的面積大小。通常的場發(fā)射電子源的電子發(fā)射面具有平面結(jié)構(gòu)或者簡單的曲面結(jié)構(gòu),其出射電子束截面大小通常接近于電子源的場電子發(fā)射面積大小。在很多應(yīng)用中,為了獲得所需要的大的發(fā)射電流,在不超過最大穩(wěn)定電流密度的前提下,只能通過增加電子源的場電子發(fā)射面積來實(shí)現(xiàn),從而增加了電子源的尺寸乃至整個器件的大小。同時在增加場電子發(fā)射面積的同時也增加了出射電子束的截面積大小。然而對于一些特殊的應(yīng)用,由于器件本身對于尺寸有著嚴(yán)格的限制或者系統(tǒng)本身電子束聚集的能力的限制,往往需要額外的、或者是更為復(fù)雜的電子束聚焦裝置對電子束進(jìn)行額外聚焦以減小電子束截面大小,從而增加了相關(guān)器件的設(shè)計復(fù)雜程度和造價。在另有的應(yīng)用中,也采用提高施加在場電子發(fā)射材料上的柵極電壓,從而增加電子源的場發(fā)射電流密度,進(jìn)而獲得較大的電流。這種方案的代價是增加了電子源的負(fù)載,有可能導(dǎo)致電子源場發(fā)射性能的不穩(wěn)定性,進(jìn)而縮短相應(yīng)器件的壽命。從總體上來說,目前已經(jīng)報道的技術(shù)對此問題沒有比較令人滿意的解決方案。

      實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種場發(fā)射電子源,可提供較大的場發(fā)射電流密度,且性能穩(wěn)定,使用壽命長。為了解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)手段:場發(fā)射電子源,包括柵極、陽極,以及由襯底和場發(fā)射材料組成的陰極,還包括一個腔體,所述腔體具有一個開放面,且所述腔體的多個內(nèi)表面為襯底,所述場發(fā)射材料均勻布置在所述襯底上,形成多個發(fā)射面。進(jìn)一步的,所述柵極沿所述腔體的多個內(nèi)表面均勻分布。進(jìn)一步的,所述陽極設(shè)置在所述腔體開放面外側(cè)的正前方。進(jìn)一步的,所述腔體的開放面作為電子束的出射面。進(jìn)一步的,所述各個發(fā)射面對應(yīng)一個柵極,每個柵極分別連接獨(dú)立的控制裝置,控制多個發(fā)射面按照一定頻率交替工作。進(jìn)一步的,所述腔體為長方體、立方體或圓柱體中的任一種。本實(shí)用新型由于采用以上所述技術(shù)方案,從而使得在不增加出射電子束截面的情況下,顯著的提高電子源的實(shí)際場發(fā)射面積,繼而獲得較高的有效場發(fā)射電流密度或者延長電子源的使用壽命,滿足眾多應(yīng)用中對于高電流密度和長壽命的場發(fā)射電子源的需要。
      本實(shí)用新型一種場發(fā)射電子源由以下的實(shí)施例及附圖詳細(xì)給出。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中場發(fā)射電子源結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中場發(fā)射電子束發(fā)射軌跡示意圖;圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例電子源等勢線示意圖。
      具體實(shí)施方式
      以下將對本實(shí)用新型一種場發(fā)射電子源作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。請參照圖1和圖2,本實(shí)用新型的場發(fā)射電子源,包括陽極、柵極和陰極,其中陰極由襯底和場發(fā)射材料組成。在本實(shí)施例中,所述襯底為正方體型的腔體1,所述腔體I包括五個表面和一個開放面4,每個表面對應(yīng)一個內(nèi)表面2,所述發(fā)射材料被均勻的分布在內(nèi)表面2 (襯底)上,五個內(nèi)表面2即為場發(fā)射電子源的發(fā)射面。所述開放面4,作為發(fā)射面發(fā)射出的電子束的出射面。本實(shí)用新型有效地利用了整個腔體I的每一個內(nèi)表面2作為電子發(fā)射面,相比于傳統(tǒng)的單一平面發(fā)射源,大幅增大了電子束的實(shí)際發(fā)射面積。電子束將從電子源的多個發(fā)射面進(jìn)行發(fā)射,經(jīng)過開放面4射出。場發(fā)射電子源的柵極3沿所述腔體I的五個內(nèi)表面2均勻分布,每個內(nèi)表面2對應(yīng)的柵極電壓相等;同時,由于腔體I中以開放面為底的其它側(cè)內(nèi)壁具有幾何對稱特性,因此,在腔體I內(nèi)部形成了一個橫向?qū)ΨQ的等勢空間。在相同的柵極電壓下,在本實(shí)施例中,每個發(fā)射面都保持著與傳統(tǒng)場發(fā)射電子源一致的發(fā)射電場,從而保證了每個發(fā)射面能提供發(fā)射一致的發(fā)射電流密度。所述陽極5設(shè)置在所述開放面4外側(cè)的正前方,陽極電壓與腔體I的內(nèi)邊界條件共同形成了一組向著陽極5方向收斂的橫向?qū)ΨQ的等勢面。如圖3所示,所述腔體I內(nèi)表面2附近等勢線曲率較大,從腔體I內(nèi)各個發(fā)射面發(fā)射的電子沿著垂直于等勢線的方向運(yùn)動,在開放面4處得到了聚攏疊加,同時在陽極電壓的引導(dǎo)下射向陽極5。此時的整體發(fā)射電流為各發(fā)射面的發(fā)射電流之和。發(fā)射的電子束初始橫截面面積由所述腔體I的開放面4(電子束的出射面)決定。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中,出射面也即開放面4的面積并沒有像現(xiàn)有技術(shù)一樣增加,而是一般保持和普通二維電子源發(fā)射面積一樣。因此在發(fā)射的電子束初始面積不變的情況下,通過增加整體發(fā)射電流從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流密度的大幅提高。這種提高發(fā)射電流密度的方式避免了額外增加?xùn)艠O電壓而對場發(fā)射材料造成的損害。應(yīng)用本實(shí)用新型所述的三維腔體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的總發(fā)射電流,若所述總發(fā)射電流與傳統(tǒng)單一平面電子源的發(fā)射電流一致,則可降低其每一個發(fā)射面單獨(dú)的發(fā)射電流,而使每一個發(fā)射面所需的柵極電壓大大低于傳統(tǒng)的單一平面電子源所需的柵極電壓,從而提高每一個發(fā)射面的場發(fā)射材料的壽命。在其它實(shí)施例中,如果所述各個發(fā)射面對應(yīng)的柵極在保持與傳統(tǒng)電子源相同的柵極電壓情況下,由于各個發(fā)射面對應(yīng)一個柵極,每個柵極分別連接獨(dú)立的控制裝置,則可以通過控制裝置獨(dú)立控制,使發(fā)射面根據(jù)控制頻率進(jìn)行交替工作。這兩種實(shí)施方式均可以降低場發(fā)射材料的使用損耗,因此可大幅度提高電子源的使用壽命。[0023]當(dāng)然,除了以上實(shí)施例中描述的所述腔體I為正方體,所述腔體I也可以為圓柱體等多面體結(jié)構(gòu),圓柱體的內(nèi)側(cè)面和其中一底面構(gòu)成了電子源的發(fā)射面,從而大大提高電子源的發(fā)射面積,從而提高總電子束的發(fā)射密度。同理,所述腔體I也可以為長方體。本實(shí)用新型由于采用以上所述技術(shù)方案,因此(一)在不增加出射電子束截面的情況下,顯著的提高電子源的實(shí)際場發(fā)射面積,繼而獲得較高的有效場發(fā)射電流密度;(二)由于所述腔體I的三維結(jié)構(gòu)的開放面4 (即電子束的出射面)與所述陽極5的距離與傳統(tǒng)單一平面結(jié)構(gòu)保持一致,因此腔體I的其它內(nèi)表面2的發(fā)射面相對陽極5的實(shí)際距離更大,這可以有效地降低陽極5作用在場發(fā)射材料上形成的暗電流。(三)腔體I的半封閉結(jié)構(gòu)有效地保護(hù)了在電子發(fā)射的物理過程中外部環(huán)境產(chǎn)生的其他各種帶電粒子對場發(fā)射材料的損害,延長了電子源的使用壽命,滿足眾多應(yīng)用中對于高電流密度和長壽命的場發(fā)射電子源的需要。由于以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例,本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)受此限制,即凡是依本實(shí)用新型的權(quán)利要求書及本實(shí)用新型說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾,均應(yīng)仍屬本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
      權(quán)利要求1.一種場發(fā)射電子源,包括柵極、陽極,以及由襯底和場發(fā)射材料組成的陰極,其特征在于,所述襯底為一個腔體,所述腔體具有一個開放面,所述場發(fā)射材料均勻布置在所述腔體的內(nèi)表面上,形成多個發(fā)射面。
      2.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射電子源,其特征在于,所述柵極沿所述腔體的多個內(nèi)表面均勻分布。
      3.如權(quán)利要求2所述的場發(fā)射電子源,其特征在于,所述陽極設(shè)置在所述腔體開放面外側(cè)的正前方。
      4.如權(quán)利要求3所述的場發(fā)射電子源,其特征在于,所述腔體的開放面作為電子束的出射面。
      5.如權(quán)利要求2所述的場發(fā)射電子源,其特征在于,所述各個發(fā)射面對應(yīng)一個柵極,每個柵極分別連接獨(dú)立的控制裝置,控制多個發(fā)射面按照一定頻率交替工作。
      6.如權(quán)利要求1 5任一項所述的場發(fā)射電子源,其特征在于,所述腔體為長方體、立方體或圓柱體中的任一種。
      專利摘要本實(shí)用新型提供了一種場發(fā)射電子源,包括柵極、陽極以及由襯底和場發(fā)射材料組成的陰極,所述襯底為一個腔體,所述腔體具有一個開放面,所述場發(fā)射材料均勻布置在所述腔體的內(nèi)表面上,形成多個發(fā)射面。本實(shí)用新型可提供較大的場發(fā)射電流密度,且性能穩(wěn)定,使用壽命長。
      文檔編號H01J31/04GK202996765SQ20122054683
      公開日2013年6月12日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
      發(fā)明者章健, 徐一鳴, 李冬松 申請人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司
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