在传统热阴极上实现场致发射大电流的研究

　　阴极作为真空电子器件的电子发射源，对器件的性能起着至关重要的作用，被喻为是真空电子器件的“心脏”。大发射电流密度阴极是实现大功率微波器件的最为关键的技术问题。目前的电子发射源有热阴极和场发射阴极两种，热阴极发射稳定，但加热功耗大，不利于器件微型化和集成化的发展趋势；场发射阴极由于其发射机理的特殊性，目前仍处于研究和开发阶段，尚需时日才能装配并应用在真空器件中，作为强大的电子发射源。

　　碳纳米管由于其优良的各种性质，被作为是良好的电子发射材料并已经开展电子发射的研究数十年了。碳纳米管发射体理论上可实现高达106A/cm² 的大电流密度发射，并已在实验得到6A/cm² 的发射电流密度。但是由于碳纳米管发射体在生长过程中的可控性较差，并对生长环境有着极为苛刻的要求，目前还没有成功制备出应用于各种大功率微波电子器件的合适的阴极阵列，同时，由于实际碳纳米管在场致发射过程的复杂性，需要考虑场屏蔽效应，器件放气，发射体过热烧毁等因素，需要对制备的阴极从衬底、图案、制备环境等新的要求。

　　本文通过热丝-化学气相沉积的方法，将在传统热阴极表面生长碳纳米管发射体阵列(实验中使用了CRT 中的阴极)。运用堆栈式催化剂结构，实现碳纳米管在小区域的定向可控生长；同时，采用热阴极自加热的方式，实现了生长过程中局部加热，温度可控，生长过程的示意图如图1 所示。生长所使用的热阴极表面如图2（a）所示，生长制备得到的阴极表面碳纳米管发射体形貌如图2（b）所示。

　　由于在传统热阴极表面上制备得到碳纳米管发射阵列，同时在制备过程中只利用原有热阴极的加热装置，因此不需要对阴极乃至整个器件的结构做出任何调整。利用器件中已存在的电子枪结构，实现冷阴极场致发射的电流调节，实现大电流密度发射。