管束分布于整 个衬底2表面，具有双面发射特性。在本实施例中，阵列阴极3由热化学气相沉积法在不锈 钢基底2上直接生长制备，过渡层镀制了催化剂层9。衬底尺寸为6X9mm2,厚度可根据加 工要求进行设置，通常低于100微米。
[0038] 门极栅网4可通过对金属片进行化学刻蚀、激光刻蚀等制成，也可采用金属丝编 织而成，栅网透过率通常要求介于60%~85%之间，材料可选用钨、钼、不锈钢等。本实施 例的门极4采用金属片化学刻蚀制备，透过率约为70%，材料为不锈钢。门极4与阴极3之 间分别采用绝缘垫片10隔开，同时控制电极间距，绝缘垫片10的材料通常可选用陶瓷、云 母、石英等，本实施例选用厚度200微米，宽度1毫米的云母条，实现电极相互之间绝缘。在 本实施例中，门极4,绝缘垫片10、衬底2之间采用相对较为简单的胶合剂粘接工艺固定，而 其它新型焊接及机械连接的方法也可行。
[0039]所述的两个阳极5为金属栅网，可通过焊接、绝缘垫子隔离、支撑架等方式固定并 保证间距，本实施例采用镍片点焊的方式固定并控制其与门极4之间的距离分别为2-4毫 米，实际可根据微型化要求选择具体尺寸，阳极5可选用钨、钼、铍铜合金、不锈钢等材料， 厚度约为400微米，面积8X 10_2,要求其透过率要适当大于门极4透过率，既减少电子振 荡过程中的损失，同时也要保证电离区域的电场约束性。本实施例选用电化学刻蚀不锈钢 的工艺制备了阳极5。
[0040] 所述的收集极6也为一对面对称设置的金属片或者金属网，可采用类似于阳极5 的方式进行固定，收集极6与阳极栅网5之间的距离分别控制为2-4毫米，本实施例选用厚 度0. 25毫米厚度的不锈钢片制成的收集极面积约为10X15mm2。
[0041] 以上所述的阳极5和收集极6也可以选用类似于图3的绝缘垫片10进行固定和 控制间距。
[0042] 不锈钢基座镀制催化剂，利用热化学气相沉积的方法实施双面生长碳纳米管，利 用银胶或其它胶合剂使得云母片分别与碳纳米管衬底2、门极4外边缘粘接固定，云母片尺 寸通过辅助设备进行精确测量，衬底2通过支撑引线实现结构固定和法兰7贯通电连接，两 对阳极5之间采用镍条点焊连接固定，并通过电极引线从法兰7贯通引出，收集极6采用与 阳极5相同的连接方式，阳极5和收集极6分别通过另外两根非贯通支撑柱进行加固。具 体安装过程是，首先采用粘合方式固定碳纳米管阴极3和门极4的相对位置，也同时采用镍 片点焊的方式分别固定阳极5、收集极6之间的相对位置，以上所有电极间的相对公称距离 均需要通过辅助设备进行精确测量。然后利用陶瓷芯柱焊接的支撑杆与碳纳米管阴极衬底 3延伸端点焊固定，任何一侧的门极5通过引线与陶瓷芯柱8点焊连接，阳极5和收集极6 分别通过一根引线与陶瓷芯柱8焊接。
[0043] 如图4所示，本发明的电离规1的工作原理为：电离规1选用面对称双电极布置， 碳纳米管阵列阴极3发射面积增大，获得了更高的发射电流，同时有效延长了电子运动路 径，提高了电离规1的灵敏度。门极4、阳极5和收集极6之间形成了约束电场，电子从阴极 3发射出来后，透过门极4的栅网，开始向阳极5运动，由于阳极5的电压高于门极4电压， 在高电压作用下，电子穿过阳极5的栅网，并向收集极6运动，由于阳极5的电压高于收集 极6，电子减速运动，并开始向返回阳极5的方向运动，通过阳极5的栅网后，继续向门极4 运动。如此，电子在门极4与收集极6之间振荡运动，进一步延长了电子运动路径，也可以 提高电离规1的灵敏度。
[0044] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，包括位于同一平面上且互相平 行的衬底（2)，阴极（3)，两个门极（4)，两个阳极（5)以及两个收集极（6); 所述阴极（3)在衬底（2)的两侧平面对称生长的碳纳米管结构；所述两个门极（4)对 称分布于阴极（3)的外侧，两个阳极（5)对称布置于两个门极（4)的外侧，离子收集极（6) 对称布置于两个阳极（5)外侧； 所述阳极（5)加载的电压均高于所述门极（4)加载的电压和收集极（6)加载的电压。2. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述衬底 (2) 的两个侧面分别镀制催化剂层（9)后再成长所述阴极（3)，催化剂层（9)的材料选用 铁、钴或镍。3. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述阴极 (3) 采用热化学气相沉积法、模板法、反粘法、粘接法或丝网印刷法工艺制备。4. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述衬底 (2) 选用不锈钢、因科镍合金或硅片材料制备。5. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述阴极 (3) 与同侧的门极⑷之间的距离为100微米~200微米。6. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述阳极 (5)与同侧的门极⑷之间的距离为2毫米~3毫米。7. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述门极 (4) 的制备方法包括：对金属片进行化学刻蚀，激光刻蚀或者采用金属丝编织；门极（4)的 材料选用钨、钼、或者不锈钢。8. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述电离 规（1)还包括金属法兰（7)和四根绝缘接线柱（8);所述金属法兰（7)与所述电离规（1)欲 测量的真空腔室开口密封连接；两个所述收集极（6)通过导线实现电连接，两个所述阳极 (5) 通过导线实现电连接； 所述绝缘接线柱（8)穿过所述金属法兰（7)，一端位于所述真空腔室内，另一端位于真 空腔室外侧； 其中一个所述收集极（6)由对应位置的绝缘接线柱（8)支撑在金属法兰（7)上，该收 集极（6)的电极连线通过所述绝缘接线柱（8)引出至真空腔室之外，并串接静电计后接收 集极电源；另外一个收集极（6)通过支撑柱固定在所述金属法兰（7)上； 其中一个所述阳极（5)由对应位置的绝缘接线柱（8)支撑在金属法兰（7)上，该阳极 (5)的电极连线通过所述绝缘接线柱（8)引出至真空腔室之外，并接在阳极电源上；另外一 个阳极（5)通过支撑柱固定在所述金属法兰（7)上； 其中一个所述门极（4)由对应位置的绝缘接线柱（8)支撑在金属法兰（7)上，该门极 (4)的电极连线通过所述绝缘接线柱（8)引出至真空腔室之外，并接在门极电源上；另外一 个门极（4)通过支撑柱固定在所述金属法兰（7)上； 所述衬底（2)由对应位置的绝缘接线柱（8)支撑在金属法兰（7)上，该衬底（2)的电 极连线通过所述绝缘接线柱（8)引出至真空腔室之外，并接在阴极电源上。9. 如权利要求1所述的一种对称式三极碳纳米管阴极电离规，其特征在于，所述阴极 (3)的两端分别设置一对绝缘垫片（10)，绝缘垫片（10)设置在所述门极（4)与衬底（2)之
【专利摘要】本发明公开了一种对称式碳纳米管阴极电离规，采用室温下可以实现电子场发射的碳纳米管阵列作为阴极，克服了高温热阴极对热敏感、光敏感和强磁场系统的干扰，同时基于场发射机理，降低了功耗需求。在衬底双面生长碳纳米管阵列阴极，并采用对称双电极设置，在不改变电路复杂性的前提下，有效延长了电子运动轨迹长度，有利于提高此类电离规的灵敏度；另外，在门极4与收集极6之间增加电压更高的阳极5，使得电子在门极4与收集极6之间震荡，也延长了电子运动路径，进一步提高了电离规的灵敏度。
【IPC分类】H01J41/06
【公开号】CN105070628
【申请号】CN201510409913
【发明人】张虎忠, 李得天, 习振华, 郭美如, 袁征难, 裴晓强, 刘珈彤
【申请人】兰州空间技术物理研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月13日