[发明专利]一种真空系统内电极间距可调的场致发射测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种真空系统内电极间距可调的场致发射测试装置及方法,包括电流表、真空系统和放置其中的场致发射材料固定座、螺旋测微器、螺旋测微器支撑座、套筒、方键传动轴、步进电机和底座；场致发射材料固定座、螺旋测微器支撑座和步进电机固定在底座上；场致发射材料固定在场致发射材料固定座；螺旋测微器固定在螺旋测微器支撑座的通孔内，使其测杆端朝向场致发射材料，其旋转端与方键传动轴的一端通过套筒固定连接；螺旋测微器上电连接引出线A，其引出真空系统后接设定电压；方键传动轴的另一端与步进电机的转轴连接；场致发射材料固定座为导体；场致发射材料固定座上电连接引出线B再引出真空系统后串接电流表再接大地。

技术领域

本发明涉及真空测量技术领域，具体涉及一种真空系统内电极间距连续可调的场致发射测试装置及方法。

背景技术

电子从阴极逸出进入真空的过程称为电子发射。电子发射根据电子获得能量或消除束缚的方式大体分为四种基本形式：热电子发射、光电子发射、二次电子发射以及场致电子发射。场致电子发射与其他三种电子发射方式的原理完全不同，其他三种方式都需要外部对固体内部的电子提供能量，使电子可以吸收足够的能量以逸出固体表面。而场致电子发射则不同，这种方式需要在固体表面施加一个足够强的电场，使固体表面的势垒被削弱，势垒高度变低，宽度变窄。如果势垒宽度窄到足以和电子波长比拟，那么电子将穿透势垒脱离固体表面。这种电子发射方式就称为场致电子发射。场致发射属于冷阴极发射的一种，场致电子发射是获得电子发射的非常有效的一种方式，具有电流密度大、单色性好、稳定性好、功耗小、反应速度快等优点，而且没有发射时间上的迟滞。场致发射是冷阴极电子发射的一种，是电子源、离子源技术的重要分支，亦是真空测量科学快速发展的一项前沿课题。

自场致电子发射现象发现以来，其理论和发射材料的研究得到了人们极大的关注，当前场致发射的研究主要集中于对其发射体材料的研究。从实验上了解场致电子发射的性质，目前最普遍以及最简易的手段就是通过变换电极间电压测量阴极总的发射电流，从而得到电流—电压(I—V)关系曲线。

目前，普遍的做法是在阳极和阴极之间放置厚度一定的绝缘材料(陶瓷等)作为垫片，由于加工精度和成本所限，一般选取几个代表性的厚度，其厚度一般为50μm、100μm、200μm等，由于垫片厚度非连续变化，因此每次测试仅能选取一种固定间距，只能得到部分离散数据点，且如果需要变换电极间距，则必须关闭真空系统，暴露大气，将测试装置取出更换其他厚度垫片后再次进行测试实验，实验过程繁琐，这无疑破坏了测试的原始状态，不仅真空环境参数(真空度、各类气体成分以及水气含量等)无法与之前测试状态完全一致，测试样品也可能由于重新暴露大气而受到不同程度的污染，同时带来不必要的人力物力的重复工作；

其他测试装置还有将场致发射体材料用银胶粘在不锈钢底座上，阳极和不锈钢底做之间放置绝缘垫片。然而银胶极易渗入缝隙，测试中有可能受热膨胀，银胶在真空测试环境下容易析出气体，造成局部真空度的改变，同时放出的气体影响碳纳米管污染，甚至在高压下击穿，导致测试失败。每次实验中电极间距也是固定的、不可调节的，一次真空测试只能获得一种电极间距的数据，极大地影响了测试效率。

当前，凡是开展场致发射研究就不可避免的要进行其性能实验，因此有必要提出一种新型场致发射测试装置，克服传统实验过程中真空测试环境下电极间距无法精确连续调节的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种真空系统内电极间距连续可调的场致发射测试装置及方法，能够实现真空测试环境下电极间距精确连续调节。

本发明中测试装置的技术方案为：一种真空系统内电极间距可调的场致发射测试装置，包括真空系统、电流表和放置在真空系统内的场致发射材料固定座、螺旋测微器、螺旋测微器支撑座、套筒、方键传动轴、步进电机和底座；

所述场致发射材料固定座、螺旋测微器支撑座和步进电机固定在所述底座上；

场致发射材料固定在所述场致发射材料固定座；