[发明专利]一种测量下限较低的碳纳米管阴极电离规

说明书

技术领域

本发明涉及真空测量技术领域，具体涉及一种测量下限较低的碳纳米管阴极电离规。

背景技术

电离真空计是一种通过测量荷能电子碰撞气体分子产生的正离子流来间接获得测量压力的真空传感器。目前，电离真空计是测量高真空的重要真空器件，而在超高极高真空测量领域，它是唯一实际可用的真空传感器件。

近年来，随着我国高新尖端技术的迅猛发展，极高真空测量技术在空间探测、高能核物理、超清洁固体表面物理和纳米材料技术等领域具有迫切的需要。例如，在深空探测活动中，要求在地面空间环境模拟设备中尽可能真实的、综合的反应探测器所处的空间环境，以便创造必要的试验条件去探知许多未知因素。真空度是空间众多环境参量中最基本的一个因素，它的精确测量是开展各项空间试验的前提和基础。同近地轨道航天器相比，行星际和行星空间环境探测任务将会遭遇诸如极高真空等更为恶劣的空间环境，这将对行星际探测器的可靠性构成严重的威胁。因此，开展极高真空测量相关研究无论对于制定行星际空间探测计划，还是探测器的设计都非常重要，它将会为航天器的轨道控制、修正、姿态调控提供实时实测依据，还将为航天器飞行期间出现异常时进行分析提供参考数据；在高能粒子加速器中，为确保粒子与残气分子不发生碰撞散射现象，真空度必须要达到极高范围，否则不但会引起束流损失或粒子达不到所要求的高能量，而且容易发生真空绝缘不够导致加速器击穿现象，使加速器不能处于正常工作状态。例如，欧洲核子联合中心的交叉存贮环在交叉点真空度在10^-9Pa到10^-12Pa之间；中国科学院近代物理研究所的重离子冷却存贮环中主环的平均静态真空度达到了10^-10Pa；在纳米材料领域，分子束外延技术用来生长极纯半导体晶体材料，而这种材料的光电性能对外来杂质分子极为敏感。在单晶生长过程中，除材料本身要求纯度极高外，还不能引入环境杂质分子，因此，高纯度半导体晶体材料的生长就离不开极高真空环境。而这样高的真空度很难在地面实现，在此背景下科学家提出了利用太空清洁环境生长极纯材料的思路，利用近地轨道分子屏技术，在极高真空环境下生长晶体材料；在表面物理研究中，原则上需要对固体表面组成、表面构造和表面的电子状态进行原位测量。因此，一方面需要在超高甚至极高真空环境下制备超清洁固体表面，另一方面必须避免研究固体表面时所需的各种分析仪器的表面污染问题。可以看出，极高真空能为清洁固体表面研究提供最适宜的理想环境；上世纪末兴起的纳米技术、纳米构造、纳米粒子及边缘反应的研究将引起电子器件的第二次革命。进行纳米技术研究离不开极高真空、极限清洁的氛围，预计下一代大规模电子器件生产中，所需的真空度为10^-10Pa，这对极高真空精确测量提出了极高的要求。目前，测量超高极高真空的器件是各种不同类型的电离规，最常见的是冷、热阴极电离规，然而这两种传统阴极电离规在超高极高真空测量中存在诸多问题，例如，热阴极电离规中存在光辐射、热辐射等效应，极大地限制了热阴极电离规的测量下限；而冷阴极电离规具有非线性、不稳定性、抽速大、低压力下存在放电延迟效应、在较宽压力范围内电流与压力不连续性等不足之处。因此，超高极高真空的精确测量还有待于新原理的提出和新技术的应用。新型碳纳米管场发射电子源在电离规中的应用，被认为是为解决极高真空测量而迈出的关键一步。