一种真空场致发射二极管的制作方法

1.本实用新型涉及二极管技术领域，尤其是涉及一种真空场致发射二极管。


背景技术：

2.二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件，应用非常广泛。特别是在各种电子电路中，利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接，构成不同功能的电路，可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能。二极管具有单向导电性能，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。
3.二极管按照管芯结构不同，可分点接触型二极管和面接触型二极管。其中，点接触型二极管的pn结接触面积小，不能通过较大的正向电流和承受较高的反向电压，但它的高频性能好，适宜在高频检波电路和开关电路中使用。面接触型二极管的pn结接触面积大，可以通过较大的电流，适用于大电流整流电路或在脉冲数字电路中作开关管，但因其结电容相对较大，故只能在较低的频率下工作。现有的二极管无法在通过较大的电流的同时也具有高频开关性，使二极管的实际应用受到局限。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种真空场致发射二极管，以解决现有技术中二极管无法在通过较大的电流的同时也具有高频开关性的问题，本实用新型的真空场致发射二极管能够应用于高压大电流的电路上的整流及逆变，同时具有实现容易、开关频率高、效率高等优点。
5.本实用新型提供的一种真空场致发射二极管，包括第一电极、第二电极和具有内腔的绝缘壳体，所述第一电极和所述第二电极间隙设置于所述绝缘壳体内，并在所述第一电极与所述第二电极之间形成真空腔，所述第一电极朝向所述第二电极的一侧设置有凹面，所述第二电极上设置有尖锥，所述尖锥朝向所述凹面的中心设置。
6.作为本实用新型的一个优选方案，所述凹面为半球形结构。
7.作为本实用新型的一个优选方案，所述尖锥的尖端对应设置于半球形的所述凹面的球心位置。
8.作为本实用新型的一个优选方案，所述凹面和所述尖锥均包括多个，每个所述尖锥对应一个所述凹面设置。
9.作为本实用新型的一个优选方案，所述绝缘壳体为陶瓷或玻璃材质。
10.作为本实用新型的一个优选方案，所述第二电极的表面设置有低势垒电压材料层。
11.作为本实用新型的一个优选方案，在所述第一电极或所述第二电极上设置有排气孔，所述真空腔与外侧空气通过所述排气孔连通。
12.作为本实用新型的一个优选方案，所述第一电极和所述第二电极均为紫铜电极。
13.与现有技术相比，本实用新型有以下积极效果：
14.1、本实用新型提供的真空场致发射二极管，通过设置第一电极、第二电极和具有内腔的绝缘壳体，第一电极和第二电极间隙设置于绝缘壳体内，并在第一电极与第二电极之间形成真空腔，第一电极朝向第二电极的一侧设置有凹面，第二电极上设置有尖锥，尖锥朝向凹面的中心设置。本实用新型的真空场致发射二极管中的第一电极上设置的凹面结构相比平板结构能够接收更多的电子，使该二极管适应于高电压、大电流的电路上，且第二电极的尖锥结构使第二电极场强极强，使该二极管的高频性能好，从而使本实用新型的真空场致发射二极管能够应用于高压大电流的电路上的整流及逆变，同时具有实现容易、开关频率高、效率高等优点。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
16.图1为本实用新型的真空场致发射二极管的结构示意图；
17.图2为本实用新型的真空场致发射二极管发射状态时的结构示意图；
18.图3为实施例2中的真空场致发射二极管的结构示意图。
19.图中：1、绝缘壳体；2、第一电极；21、凹面；3、第二电极；31、尖锥；4、真空腔。
具体实施方式
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的说明。
23.实施例1：
24.本实施例提供的一种真空场致发射二极管，如图1-图2所示，包括第一电极2、第二电极3和具有内腔的绝缘壳体1，第一电极2和第二电极3间隙设置于绝缘壳体1内，并在第一电极2与第二电极3之间形成真空腔4，第一电极2朝向第二电极3的一侧设置有凹面21，第二电极3上设置有尖锥31，尖锥31朝向凹面21的中心设置。绝缘壳体1对第一电极2和第二电极
3具有支撑作用，使第一电极2与第二电极3相对应设置。本实施例的真空场致发射二极管利用场致发射的原理，只有在一定强度的电场的作用下，电子才能在隧道效应下突破势垒，成为自由电子。在本技术的结构中，同一个电场中在第一电极2和第二电极3处分别产生不同的场强，第一电极2场强极弱，第二电极3场强极强。
25.优选地，第一电极2为正电极，第二电极3为负电极。如图2所示，若在第一电极2与第二电极3之间施加的是正电压，指向第二电极3的场强可轻易把第二电极3上的电子激发出来，形成正向导通，当在第一电极2与第二电极3之间施加负电压，指向第一电极2的电场弱，不能激发出电子，而负极上的强电场指向正极，带负电的电子激发不出来，实现反相截止。
26.本实施例的真空场致发射二极管中的第一电极2上设置的凹面结构相比平板结构能够接收更多的电子，使该二极管适应于高电压、大电流的电路上，且第二电极3的尖锥31结构使第二电极3场强极强，使该二极管的高频性能好，从而使本实施例的真空场致发射二极管能够应用于高压大电流的电路上的整流及逆变，同时具有实现容易、开关频率高、效率高等优点。
27.优选地，凹面21为半球形结构。半球形结构的凹面21使第二电极3发出的电子能够均匀的发射到第一电极2的凹面21中被接收，使凹面21内表面的场强强度更均匀。
28.优选地，尖锥31的尖端对应设置于半球形的凹面21的球心位置，以使第二电极3发出的电子能够在凹面21中均匀的发散开并被凹面21的球面均匀接收。
29.优选地，凹面21的周边与第一电极2朝向第二电极3的侧面平滑连接，避免尖角产生放电现象。
30.优选地，绝缘壳体1为陶瓷或玻璃材质。陶瓷或玻璃材质的绝缘壳体1使其具有较好的耐高压性能，且使绝缘壳体1内部的热量容易散发出去，具有较好的散热性能，拓宽本实施例的真空场致发射二极管的应用范围。
31.优选地，第二电极3的表面设置有低势垒电压材料层。低势垒电压材料层涂覆于第二电极3的表面。低势垒电压材料层可以为碳纳米管材料层，以本实施例的真空场致发射二极管在更低的电压下能够被导通。
32.优选地，在第一电极2或第二电极3上设置有排气孔，真空腔4与外侧空气通过排气孔连通。排气孔用于将第一电极2与第二电极3之间的空气抽排干净达到真空状态。排气孔是为把第一电极2和第二电极3间隙内的空气排出该腔体，使第一电极2和第二电极3之间的间隙成为真空状态。
33.优选地，第一电极2和第二电极3均为紫铜电极。
34.本实施例的真空场致发射二极管在制作过程中，如图1所示，先烧制一根高频陶瓷管，其长度要精磨，精度控制在0.1mm，制作形成绝缘壳体1；然后车制一根紫铜棒，面对负极的一端的中间车出一个小半圆，或多个小半圆，形成第一电极2，再在一块紫铜圆盘正中间焊上一根或多根尖锥，尖锥的位置与正极的小半圆对应，尖锥上涂敷碳纳米管，在紫铜盘上留一个排气孔(排气孔也可以留在正极上)，形成第二电极3；把第一电极2和第二电极3固定在绝缘壳体1的两端，最后通过排气孔把第一电极2与第二电极3之间的空气抽排干净，达到真空状态，密封排气孔，从而制作完成场致发射二极管。
35.实施例2
36.本实施例与实施例1不同的是，如图3所示，本实施例中的凹面21和尖锥31均包括多个，每个尖锥31对应一个凹面21设置。多个凹面21在第一电极2上均匀设置，多个尖锥31在第二电极3上均匀设置。本实施例的真空场致发射二极管通过设置多组尖锥31对应凹面21的结构，增加第二电极3向第一电极2发射的电子数量，从而增加电流量，使该真空场致发射二极管能够应用于大电流、高电压的电路中。
37.以上所述的仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可做出若干变形和改进，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。