专利名称：电子倍增栅控纳米碳管场致发射复合式阴极的制作方法
技术领域：
本发明涉及对现有电真空器件中电子束发射阴极的重大改进，适用于在各种X线管或其它相关电真空产品中代替传统热电子发射(直热式、间热式)阴极。
背景技术：
传统电真空器件(如X射线管等)中电子发射阴极均采用直热式或间热式热电子发射原理，需要提供专门的灯丝电源，功耗大，工作寿命有限。大多数X线管阴极处于负高压电位，其灯丝电源需采用隔离高电压的灯丝变压器，体积大，制造成本高。热电子发射阴极另一缺点是热惯性大，不利于快速开断。
新型纳米碳管材料具有稳定的场致发射电流特性，可在无灯丝电源功耗情况下作为冷阴极发射电子，并能提供较大发射面积。在采用栅控隔离技术后，还可实现对发射电子束聚焦，但其稳定发射电流密度远低于热电子发射阴极，栅控本身还要损失约20％总发射电流，从而限制了其应用发射电流的范围。
电子光学器件中已成功研发应用一种“微通道板”。由一定电阻率电子逸出功较低特殊材料制成的一定长度的毛细管紧密排列构成，在两面电极间加上一定电压在真空中工作。该微通道板可使进入微通道的电子束得到倍增(利用电子束撞击管壁二次电子倍增发射原理)后射出。目前只用于微光影像增强管中，尚未被用于电子发射器件。
发明内容
1、发明目的本发明提供一种电子倍增栅控纳米碳管场致发射复合式阴极，其目的在于不仅要解决现有热电子发射阴极功耗大，工作寿命有限、体积大，制造成本高和热惯性大，不利于快速开断等缺点，同时还要解决新型栅控纳米碳管阴极栅控电流损失和总发射电流比较小从而限制了其应用范围的问题。
2、技术方案本发明是通过以下技术方案来实现的电子倍增栅控纳米碳管场致发射复合式阴极，在电真空器件外壳内设置有复合阴极外壳，其特征在于在复合阴极外壳内设有纳米碳管膜片作为场致发射原初发射体和替代栅极的具有电子倍增功能的微通道板，在微通道板外侧的复合阴极外壳成型为一级聚焦台阶和二级聚焦台阶，通过发射极、栅极、阴极外壳引出管脚引出电真空器件外壳外，管脚间相互绝缘。
由纳米碳管膜片作为本阴极原初电子发射体，在纳米碳管膜片背面紧贴焊有导线的导电引出衬板，通过导线连接到发射极引出管脚引出电真空器件外壳外；在纳米碳管膜片正面一定间隔外平行设置了微通道板，微通道板面向纳米碳管膜片的内电极作为栅极，由导线连接到栅极引出管脚引出电真空器件外壳外；微通道板外电极则紧贴复合阴极外壳，由复合阴极外壳引出管脚引出电真空器件外壳外；绝缘垫片把纳米碳管膜片、导电引出衬板和微通道板固定在复合阴极外壳内，使之相互绝缘；在微通道板外侧的复合阴极外壳成型为一级聚焦台阶和二级聚焦台阶。
发射极引出管脚与栅极引出管脚之间加场致发射电压U1，栅极引出管脚与复合阴极外壳引出管脚之间加发射电流倍增电压U2。
当被用于阴极处于负高压电位时，两组电压U1、U2取自倍压整流电路负高压端最后一级倍压电容，通过电阻或电容分压提供。
3、优点及效果本发明在发明人前一发明“栅控纳米碳管冷阴极X线管”(申请号02133184.7)中的阴极组合体中以微通道板取代原来的多孔金属片作为控制栅极，利用微通道板的电子倍增功能，既保持前发明的主要优点，免除阴极灯丝供电电源及没实现电场分离对出射电子束聚焦，无热惯性便于快速开断等等，又克服了纳米碳管发射电流密度较低的缺点，从而扩展了纳米碳管冷阴极板可应用的发射电流工作范围。
本发明以纳米碳管材料代替热阴极作为电子束发射部件用于电真空器件(如X线管)中，摆脱了灯丝供电电源和隔离变压器，简化了电路，降低了成本，缩小了体积。同时使电子发射部件无热惯性，可实现快速开断。
本发明电子发射电场及倍增电场与发射后电子聚焦加速电场完全分离，可按需要实现对发射电流大小的快速调控和对发射电子束的聚焦和加速。
本发明使得由纳米碳管发射的原初电流得到倍增后发射出阴极，克服了纳米管膜片发射密电流密度较小的缺点，从而扩大其电流应用范围。
四
附图1为本发明主要结构示意图；附图2为当阴极处于负高压电位时复合阴极以电阻分压供电方式的电路示意图；附图3为当阴极处于负高压电位时复合阴极以电容分压供电方式的电路示意图。
五、具体实施方案见附图1所示，其中1为复合阴极外壳，2为微通道板；3为微通道板内电极；4为绝缘垫片；5为纳米碳管膜片；6为导电引出衬板；7为发射极S引出管脚；8为栅极g引出管脚，(接微通道板2内电极)；9为复合阴极外壳引出管脚，(接微通道板外电极)，阴极为k；10为电真空器件(如X线管)外壳(部分)；11为复合阴极外壳上的一级聚焦台阶；12为复合阴极外壳上的二级聚焦台阶。
由纳米碳管膜片5制成本复合阴极原初电子发射体，该膜片中心在特定发射面上定向生长有纳米碳管阵列，在相应电场作用下该膜片可发射电子束流。纳米碳管膜片5背面紧贴焊有导线的导电引出衬板6，导线联接发射极引出管脚7。
在纳米碳管膜片5正面一定间隔距离外平行设置了微通道板2，该板面向纳米碳管膜片5的内电极3即作为栅极，通过导线联接栅极引出管脚8。微通道板2的外电极则紧贴复合阴极外壳1。由绝缘垫片4把纳米碳管膜片5、导电引出衬板6以及微通道板2固定在复合阴极外壳1之内部，并使之相互绝缘。复合阴极由外壳引出管脚9固定在电真空器件(例如X线管)的外壳10上。发射极引出管脚7，栅极引出管脚8以及阴极外壳引出管脚9均相互绝缘，真空密封固定在电真空器件(例如X线管)外壳10上。
复合阴极外壳在微通道板外侧制成为一级聚焦台阶11和二级聚焦台阶12的形状。以达到本复合阴极在电真空器件(如X射线管)中与阳极间电场对所发射电子束按设计需要进行聚焦的目的。
本复合阴极可用于各种X线管或其它需要发射电子束阴及的电真空器件中作为阴极部件。
根据设计要求电真空器件外壳10可采用各种工艺实用材料如玻璃或陶磁金属封接组合。
本复合阴极在工作时，在发射极引出管脚7与栅极引出管脚8之间(发射极—栅极)加场致发射电压U1，在栅极引出管脚8与复合阴极外壳引出管脚9之间(栅极—阴极)加电流倍增电压U2，在电真空器件(例如X线管)阴极、阳极之间加所需的电子束加速电压即管电压。本复合阴极发射电流大小，由前两个电压联合控制，基本上不受管电压(真空器件阳极与阴极间)电压影响。以电阻分压的方式供电时，见附图2所示，以电容分压的方式供电时，见附图3所示。当电真空器件(例如X线管)需要阴极接负高压时，前两个电压U1、U2可由高压倍压整流线路中负高压端最后一级倍压电容以电容或电阻分压方式提供，通过电阻或电容分压给出。
权利要求
1.电子倍增栅控纳米碳管场致发射复合式阴极，在电真空器件外壳(10)内设置有复合阴极外壳(1)，其特征在于在复合阴极外壳(1)内设有纳米碳管膜片(5)作为场致发射原初发射体和替代栅极的具有电子倍增功能的微通道板(2)，在微通道板(2)外侧的复合阴极外壳成型为一级聚焦台阶(11)和二级聚焦台阶(12)，通过发射极、栅极、阴极外壳引出管脚(7)、(8)、(9)引出电真空器件外壳(10)外，管脚间相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的复合式阴极，其特征在于由纳米碳管膜片(5)作为本阴极原初电子发射体，在纳米碳管膜片(5)背面紧贴焊有导线的导电引出衬板(6)，通过导线连接到发射极引出管脚(7)引出电真空器件外壳(10)外；在纳米碳管膜片(5)正面一定间隔外平行设置了微通道板(2)，微通道板(2)面向纳米碳管膜片(5)的内电极作为栅极，由导线连接到栅极引出管脚(8)引出电真空器件外壳(10)外；微通道板(2)外电极则紧贴复合阴极外壳(1)，由复合阴极外壳引出管脚(9)引出电真空器件外壳(10)外；绝缘垫片(4)把纳米碳管膜片(5)、导电引出衬板(6)和微通道板(2)固定在复合阴极外壳(1)内，使之相互绝缘；在微通道板(2)外侧的复合阴极外壳成型为一级聚焦台阶(11)和二级聚焦台阶(12)。
3.根据权利要求1所述的复合式阴极，其特征在于发射极引出管脚(7)与栅极引出管脚(8)之间加场致发射电压U1，栅极引出管脚(8)与复合阴极外壳引出管脚(9)之间加发射电流倍增电压U2。
4.根据权利要求3所述的复合式阴极，其特征在于当被用于阴极处于负高压电位时，两组电压U1、U2取自倍压整流电路负高压端最后一级倍压电容，通过电阻或电容分压提供。
全文摘要
本发明涉及对现有电真空器件中电子束发射阴极的重大改进，适用于在各种X线管或其它相关电真空产品中代替传统热电子发射(直热式、间热式)阴极。其特征在于在复合阴极外壳内设有纳米碳管膜片作为场致发射原初发射体和替代栅极的具有电子倍增功能的微通道板，在微通道板外侧的复合阴极外壳成型为一级聚焦台阶和二级聚焦台阶，通过发射极、栅极、阴极外壳引出管脚引出电真空器件外壳外，管脚间相互绝缘。本发明目的在于不仅要解决热电子发射阴极功耗大，工作寿命有限、体积大，制造成本高和热惯性大，不利于快速开断等缺点，同时还要解决新型纳米碳管栅控损失总发射电流较小从而限制了其应用范围等方面存在的问题。
文档编号H01J1/304GK1560889SQ200410021150
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者谭大刚 申请人:谭大刚