專利名稱：電子倍增柵控納米碳管場致發射復合式陰極的制作方法
技術領域：
本發明涉及對現有電真空器件中電子束發射陰極的重大改進，適用于在各種X線管或其它相關電真空產品中代替傳統熱電子發射(直熱式、間熱式)陰極。
背景技術：
傳統電真空器件(如X射線管等)中電子發射陰極均采用直熱式或間熱式熱電子發射原理，需要提供專門的燈絲電源，功耗大，工作壽命有限。大多數X線管陰極處于負高壓電位，其燈絲電源需采用隔離高電壓的燈絲變壓器，體積大，制造成本高。熱電子發射陰極另一缺點是熱慣性大，不利于快速開斷。
新型納米碳管材料具有穩定的場致發射電流特性，可在無燈絲電源功耗情況下作為冷陰極發射電子，并能提供較大發射面積。在采用柵控隔離技術后，還可實現對發射電子束聚焦，但其穩定發射電流密度遠低于熱電子發射陰極，柵控本身還要損失約20％總發射電流，從而限制了其應用發射電流的范圍。
電子光學器件中已成功研發應用一種“微通道板”。由一定電阻率電子逸出功較低特殊材料制成的一定長度的毛細管緊密排列構成，在兩面電極間加上一定電壓在真空中工作。該微通道板可使進入微通道的電子束得到倍增(利用電子束撞擊管壁二次電子倍增發射原理)后射出。目前只用于微光影像增強管中，尚未被用于電子發射器件。
發明內容
1、發明目的本發明提供一種電子倍增柵控納米碳管場致發射復合式陰極，其目的在于不僅要解決現有熱電子發射陰極功耗大，工作壽命有限、體積大，制造成本高和熱慣性大，不利于快速開斷等缺點，同時還要解決新型柵控納米碳管陰極柵控電流損失和總發射電流比較小從而限制了其應用范圍的問題。
2、技術方案本發明是通過以下技術方案來實現的電子倍增柵控納米碳管場致發射復合式陰極，在電真空器件外殼內設置有復合陰極外殼，其特征在于在復合陰極外殼內設有納米碳管膜片作為場致發射原初發射體和替代柵極的具有電子倍增功能的微通道板，在微通道板外側的復合陰極外殼成型為一級聚焦臺階和二級聚焦臺階，通過發射極、柵極、陰極外殼引出管腳引出電真空器件外殼外，管腳間相互絕緣。
由納米碳管膜片作為本陰極原初電子發射體，在納米碳管膜片背面緊貼焊有導線的導電引出襯板，通過導線連接到發射極引出管腳引出電真空器件外殼外；在納米碳管膜片正面一定間隔外平行設置了微通道板，微通道板面向納米碳管膜片的內電極作為柵極，由導線連接到柵極引出管腳引出電真空器件外殼外；微通道板外電極則緊貼復合陰極外殼，由復合陰極外殼引出管腳引出電真空器件外殼外；絕緣墊片把納米碳管膜片、導電引出襯板和微通道板固定在復合陰極外殼內，使之相互絕緣；在微通道板外側的復合陰極外殼成型為一級聚焦臺階和二級聚焦臺階。
發射極引出管腳與柵極引出管腳之間加場致發射電壓U1，柵極引出管腳與復合陰極外殼引出管腳之間加發射電流倍增電壓U2。
當被用于陰極處于負高壓電位時，兩組電壓U1、U2取自倍壓整流電路負高壓端最后一級倍壓電容，通過電阻或電容分壓提供。
3、優點及效果本發明在發明人前一發明“柵控納米碳管冷陰極X線管”(申請號02133184.7)中的陰極組合體中以微通道板取代原來的多孔金屬片作為控制柵極，利用微通道板的電子倍增功能，既保持前發明的主要優點，免除陰極燈絲供電電源及沒實現電場分離對出射電子束聚焦，無熱慣性便于快速開斷等等，又克服了納米碳管發射電流密度較低的缺點，從而擴展了納米碳管冷陰極板可應用的發射電流工作范圍。
本發明以納米碳管材料代替熱陰極作為電子束發射部件用于電真空器件(如X線管)中，擺脫了燈絲供電電源和隔離變壓器，簡化了電路，降低了成本，縮小了體積。同時使電子發射部件無熱慣性，可實現快速開斷。
本發明電子發射電場及倍增電場與發射后電子聚焦加速電場完全分離，可按需要實現對發射電流大小的快速調控和對發射電子束的聚焦和加速。
本發明使得由納米碳管發射的原初電流得到倍增后發射出陰極，克服了納米管膜片發射密電流密度較小的缺點，從而擴大其電流應用范圍。
四
附圖1為本發明主要結構示意圖；附圖2為當陰極處于負高壓電位時復合陰極以電阻分壓供電方式的電路示意圖；附圖3為當陰極處于負高壓電位時復合陰極以電容分壓供電方式的電路示意圖。
五、具體實施方案見附圖1所示，其中1為復合陰極外殼，2為微通道板；3為微通道板內電極；4為絕緣墊片；5為納米碳管膜片；6為導電引出襯板；7為發射極S引出管腳；8為柵極g引出管腳，(接微通道板2內電極)；9為復合陰極外殼引出管腳，(接微通道板外電極)，陰極為k；10為電真空器件(如X線管)外殼(部分)；11為復合陰極外殼上的一級聚焦臺階；12為復合陰極外殼上的二級聚焦臺階。
由納米碳管膜片5制成本復合陰極原初電子發射體，該膜片中心在特定發射面上定向生長有納米碳管陣列，在相應電場作用下該膜片可發射電子束流。納米碳管膜片5背面緊貼焊有導線的導電引出襯板6，導線聯接發射極引出管腳7。
在納米碳管膜片5正面一定間隔距離外平行設置了微通道板2，該板面向納米碳管膜片5的內電極3即作為柵極，通過導線聯接柵極引出管腳8。微通道板2的外電極則緊貼復合陰極外殼1。由絕緣墊片4把納米碳管膜片5、導電引出襯板6以及微通道板2固定在復合陰極外殼1之內部，并使之相互絕緣。復合陰極由外殼引出管腳9固定在電真空器件(例如X線管)的外殼10上。發射極引出管腳7，柵極引出管腳8以及陰極外殼引出管腳9均相互絕緣，真空密封固定在電真空器件(例如X線管)外殼10上。
復合陰極外殼在微通道板外側制成為一級聚焦臺階11和二級聚焦臺階12的形狀。以達到本復合陰極在電真空器件(如X射線管)中與陽極間電場對所發射電子束按設計需要進行聚焦的目的。
本復合陰極可用于各種X線管或其它需要發射電子束陰及的電真空器件中作為陰極部件。
根據設計要求電真空器件外殼10可采用各種工藝實用材料如玻璃或陶磁金屬封接組合。
本復合陰極在工作時，在發射極引出管腳7與柵極引出管腳8之間(發射極—柵極)加場致發射電壓U1，在柵極引出管腳8與復合陰極外殼引出管腳9之間(柵極—陰極)加電流倍增電壓U2，在電真空器件(例如X線管)陰極、陽極之間加所需的電子束加速電壓即管電壓。本復合陰極發射電流大小，由前兩個電壓聯合控制，基本上不受管電壓(真空器件陽極與陰極間)電壓影響。以電阻分壓的方式供電時，見附圖2所示，以電容分壓的方式供電時，見附圖3所示。當電真空器件(例如X線管)需要陰極接負高壓時，前兩個電壓U1、U2可由高壓倍壓整流線路中負高壓端最后一級倍壓電容以電容或電阻分壓方式提供，通過電阻或電容分壓給出。
權利要求
1.電子倍增柵控納米碳管場致發射復合式陰極，在電真空器件外殼(10)內設置有復合陰極外殼(1)，其特征在于在復合陰極外殼(1)內設有納米碳管膜片(5)作為場致發射原初發射體和替代柵極的具有電子倍增功能的微通道板(2)，在微通道板(2)外側的復合陰極外殼成型為一級聚焦臺階(11)和二級聚焦臺階(12)，通過發射極、柵極、陰極外殼引出管腳(7)、(8)、(9)引出電真空器件外殼(10)外，管腳間相互絕緣。
2.根據權利要求1所述的復合式陰極，其特征在于由納米碳管膜片(5)作為本陰極原初電子發射體，在納米碳管膜片(5)背面緊貼焊有導線的導電引出襯板(6)，通過導線連接到發射極引出管腳(7)引出電真空器件外殼(10)外；在納米碳管膜片(5)正面一定間隔外平行設置了微通道板(2)，微通道板(2)面向納米碳管膜片(5)的內電極作為柵極，由導線連接到柵極引出管腳(8)引出電真空器件外殼(10)外；微通道板(2)外電極則緊貼復合陰極外殼(1)，由復合陰極外殼引出管腳(9)引出電真空器件外殼(10)外；絕緣墊片(4)把納米碳管膜片(5)、導電引出襯板(6)和微通道板(2)固定在復合陰極外殼(1)內，使之相互絕緣；在微通道板(2)外側的復合陰極外殼成型為一級聚焦臺階(11)和二級聚焦臺階(12)。
3.根據權利要求1所述的復合式陰極，其特征在于發射極引出管腳(7)與柵極引出管腳(8)之間加場致發射電壓U1，柵極引出管腳(8)與復合陰極外殼引出管腳(9)之間加發射電流倍增電壓U2。
4.根據權利要求3所述的復合式陰極，其特征在于當被用于陰極處于負高壓電位時，兩組電壓U1、U2取自倍壓整流電路負高壓端最后一級倍壓電容，通過電阻或電容分壓提供。
全文摘要
本發明涉及對現有電真空器件中電子束發射陰極的重大改進，適用于在各種X線管或其它相關電真空產品中代替傳統熱電子發射(直熱式、間熱式)陰極。其特征在于在復合陰極外殼內設有納米碳管膜片作為場致發射原初發射體和替代柵極的具有電子倍增功能的微通道板，在微通道板外側的復合陰極外殼成型為一級聚焦臺階和二級聚焦臺階，通過發射極、柵極、陰極外殼引出管腳引出電真空器件外殼外，管腳間相互絕緣。本發明目的在于不僅要解決熱電子發射陰極功耗大，工作壽命有限、體積大，制造成本高和熱慣性大，不利于快速開斷等缺點，同時還要解決新型納米碳管柵控損失總發射電流較小從而限制了其應用范圍等方面存在的問題。
文檔編號H01J1/304GK1560889SQ200410021150
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月16日 優先權日2004年2月16日
發明者譚大剛 申請人:譚大剛