[发明专利]控制场发射阴极测试与老化过程中电流稳定性的方法

说明书

本发明涉及场致电子发射领域。为解决场发射阴极测试与老化过程中电流发射稳定性等问题，提供了利用场发射电子源装置控制场发射阴极测试与老化过程中电流稳定性的方法，使场发射电子源的阴极电子发射能力与在阴极和阳极之间所施加的电场强度相关联，并且使得由高压电源输出到阳极的电压越高，阴极电子发射能力越强；在场发射电子源上加载持续的高压，采用高压脉冲驱动单元把加载在场发射电子源上的持续的高压调节成脉冲式高压；设定脉冲式高压，以用于高压电源稳定读取测试中的电流，反馈给控制平台进行调节，并在下一个连续脉冲周期到来前完成调节过程。本发明通过对场发射电压进行反馈补偿，从而实现发射电流的稳定控制，具有较强的实用性。

技术领域

本发明总体上涉及场致电子发射领域，更具体地涉及一种场致电子发射源装置以及利用其控制场发射阴极测试与老化过程中电流稳定性的方法。

背景技术

场发射是指在外加电场的作用下，电子发生逸出的过程，即在外加电场的作用下阴极表面势垒高度变低、宽度变窄，大量电子由于量子隧道效应穿透表面势垒而逸出，而不需要另外增加能量。场发射阴极具有工作温度低、高时间分辨、可编程发射特点，在X射线管和X射线成像领域具有广泛的应用前景。而场发射阴极由于生长工艺的影响，存在电流发射稳定性问题，并且长时间工作会存在电流衰减。现有技术在阴极电流稳定性上采用栅极电流调节器，通过对场发射电压反馈补偿，从而实现发射电流的稳定，该方案需要进行复杂的电路设计，实现成本较高，难度较大。

有鉴于此，需要开发一种新的技术来克服这些缺陷。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种场致电子发射源装置以及利用其控制场发射阴极测试与老化过程中电流稳定性的方法，从而有效地解决场发射阴极测试与老化过程中电流发射稳定性、成本以及实施难度方面的问题。

在本发明的一个方面，提供了一种场发射电子源装置，其可以包括二极式场发射电子源、真空腔、真空泵机组、高压电源、高压脉冲驱动单元、真空环境监测单元和控制平台。所述二极式场发射电子源设置于所述真空腔内。所述高压电源可以经所述真空腔的第一法兰连接至所述二极式场发射电子源的阳极，所述高压脉冲驱动单元经所述真空腔的第二法兰连接至所述二极式场发射电子源的阴极，所述真空环境监测单元经所述真空腔的第三法兰连接至所述真空腔，所述真空泵机组经所述真空腔的第四法兰连接至所述真空腔，所述控制平台经通讯线缆分别连接至所述高压电源、所述真空环境监测单元以及所述高压脉冲驱动单元。

在一种实施方案中，所述高压脉冲驱动单元的一端接地。

在一种实施方案中，所述阴极可以为生长在金属衬底上的碳纳米管，所述阳极可以为ITO导电玻璃或不锈钢片，所述阳极与所述阴极之间的距离可以介于100μm和200μm之间，优选为100μm左右；所述真空腔可以是定制的，并通过所述真空泵机组可以维持所述真空腔内的真空度介于10^-6Pa与10^-4Pa之间，优选为10^-5Pa左右。

在一种实施方案中，所述高压脉冲驱动单元可以包括低压脉冲驱动模块和高压切换模块。

在一种实施方案中，所述真空泵机组可以由前级机械泵和分子泵组成。

在一种实施方案中，在所述高压电源和所述二极式场发射电子源阳极之间可以串联有高压电阻。所述高压电阻优选为玻璃釉棒状高压电阻器。

在一种实施方案中，所述真空环境监测单元可以包括真空计和真空电离规管，所述真空电离规管的测量端经所述第三法兰嵌入所述真空腔中，引出的电极端连接所述真空计。

在一种实施方案中，所述控制平台可以与所述高压电源、所述高压脉冲驱动单元、以及真空检测单元进行通讯连接，并且所述控制平台可以采用LabVIEW上位机软件进行集成控制。