中和器场发射电子源设计与研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN1密级：公开UDC：621.38学号：151210中和器场发射电子源设计与研究研究生姓名：夏凯导师姓名：肖梅申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年6月8日二级学科名称物理电子学学位授予日期2018年月日答辩委员会主席娄朝刚教授评阅人王琦龙教授钱惟贤教授2018年6月8日硕士学位论文中和器场发射电子源设计与研究专业名称：物理电子学研究生姓名：夏凯导师姓名：肖梅DesignandResearchofFieldEmissionSourceinNeut

2、ralizerAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYXiaKaiSupervisedbyXiaoMeiSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表

3、或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：呵呵东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可

4、以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：呵摘要摘要中和器是电推进系统的重要组成部分，电子源是中和器的核心，目前大多数的中和器电子源是热阴极或者空心阴极。虽然器件的技术工艺比较纯熟，但始终存在一些难以克服的问题。而场发射冷阴极电子源具备构造简单，工作环境要求低等优点，在小型或者微型电推进系统中具有非常大的应用潜力。本文针对碳纳米管作为中和器电子源其发射性能、栅网截获率、降低栅网功耗、减弱离子轰击阴极的方面展

5、开实验研究。主要内容有：（1）文中碳纳米管阴极是通过丝网印刷工艺制备而得到的。对碳纳米管发射性能测试，在直流测试条件下，碳纳米管最大电流21.4mA，对应的发射电流密度2.73A/cm2(直径1mm)。在无水冷为前提条件下系统增加吸气剂，脉冲测试最大脉冲电流为36.5mA，对应的发射电流密度4.65A/cm2(直径1mm)。（2）降低栅网对阴极电子注的截获率从而达到降低栅网功耗。对常规场致发射三极结构碳纳米管发射特性进行研究，当阴极大小大于0.25mm时，仿真结果栅网对阴极电子注的截获率在48%左右，实验结果栅网对阴极电子注

6、的截获率在52%左右。（3）基于常规场致发射三极结构，设计出来双栅网四极结构和侧阴极结构大大降低栅极对阴极电子注的截获率。实验测试，双栅场致发射结构，栅网截获率在小电流发射下10%、大电流发射下38%。侧阴极场致发射实验结果表明，栅网截获率仅仅为23.8%。侧阴极结构的栅极截获率比双栅结构的栅极截获率低了14.2%。（4）通过模拟计算得到在距离栅极越远处产生的离子打到阴极面的数量越少导致轰击阴极溅射产额值越小。在场致发射三极结构的基础上增加一层屏蔽极结构，其结果可以有效降低离子轰击对阴极的轰击影响。结合模拟计算进行相关的场致

7、发射实验，采用充气法验证屏蔽极效果，屏蔽极可以有效的降低离子轰击对碳纳米管阴极的影响，且屏蔽极电压越低其对离子流的屏蔽效果越佳。实验测试了屏蔽极在不同压强下的离子流信号强度，结果表明屏蔽极离子流强度大小随压强的增加而增加，且与压强成正比关系，这为后续碳纳米管场致发射中和器电子源结构设计提供方法。关键词：碳纳米管；大电流；栅网截获率；离子轰击IAbstractAbstractTheneutralizerisanimportantpartoftheelectricpropulsionsystem,thecoreofwhichis

8、theelectronsource.Atpresent,mostelectronsourcesoftheneutralizerarehotcathodesorhollowcathodes.Althoughthetechnologyofthedevicesisrelativelymature