場致發射真空高頻發射管的製作方法
2023-07-17 01:41:06
專利名稱：場致發射真空高頻發射管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高頻發射管，具體說是採用場致發射冷陰極陣列的真空電氣元件。
背景技術：
在廣播電視發射技術領域，隨著半導體技術的發展，電視發射機實現了全固態發射。由於廣播發射機的功率遠遠大於電視發射機的功率，其全固態發射還實現不了。目前世界上廣播發射機使用的仍是真空發射管，用幾千度的高溫加熱燈絲髮射電子，然後再由高壓柵極控制燈絲上發出的電子的數量和方向，它的柵極需要靠近燈絲，燈絲長時間的烘烤使柵極變形，因而這種真空發射管壽命只能達到1～3年，到後期其發射功能衰老，必然影響播出質量，並且這種發射管有時會突然發生故障，而更換發射管後還要預熱，大大增加了停播時間，研製新的發射管很有必要。
1976年美國SRI的Spindt先生研製微米級的微尖錐工藝，從而實現了平面薄膜型場致發射陰極陣列(FEA)，利用這種微尖錐型場致發射陰極可製成電子在真空中渡越的微型二、三極體，也可製成發光器件、敏感器件和平板顯示器件等新一代真空微電子器件。自1988年6月在美國威廉堡召開第一屆國際真空微電子學會議起，由於真空微電子器件兼有真空器件和半導體器件兩者之優點而得到迅速發展，場致發光器件、場致發射平板顯示器等半導體器件已實現了商品化，在軍事、航天及大型計算機等許多領域得到了越來越廣泛的應用。從五十年代開始，半導體器件以其獨特的優勢逐步替代真空器件。而許多科學家預言，二十一世紀將是真空微電子器件逐步替代半導體器件的時代。因此，採用最新的場致發射技術，選用場致發射率較高的材料，製作冷陰極的發射電子源，從而研製一種全新的真空微電子器件。
實用新型內容本實用新型為了克服現有技術的缺陷，採用場致發射技術，設計製作冷陰極的發射電子源，高效地激發電子，從而製成大功率真空高頻發射管。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，包括安裝在外殼內真空中的陰極，柵極，簾柵極和陽極；其中陰極為場致發射陰極陣列，該場致發射陰極陣列包括電子源發射體、金屬導電層和非導電材料的襯底；發射體為柱形陣列，製作在襯底中，在襯底的下方製作金屬導電層，與發射體連通，在發射體上方集成柵極；在柵極上方安置簾柵極；柵極和簾柵極為金屬網格狀；發射體、柵極、簾柵極的電極從外殼一端向外引出；外殼另一端用陽極進行封裝。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，其中柱形陣列發射體為鎢絲或在鎢絲上製作碳納米管塗敷層的場致發射材料，且鎢絲直徑為5～25μm。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，其中柱形陣列發射體為對稱均勻分布的若干個單元。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，其中柱形陣列發射體用條形陣列的發射體替代；條形陣列的發射體是在襯底上的金屬導電層上直接製作寬度為2～6mm，間距為0.45～0.55mm，且均勻分布的條形碳納米管塗敷層。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，其中條形陣列的發射體為對稱均勻分布的若干個單元。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，其中柵極的形狀與柱形陣列發射體或條形陣列發射體形狀相匹配。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，其中簾柵極由網格狀金屬片和電極引線構成。
本實用新型場致發射真空高頻發射管，其中外殼為管狀，由玻璃或陶瓷材料製成。
本實用新型場致發射真空高頻發射管與燈絲式熱陰極真空發射管相比，具有如下優點1、壽命長。燈絲式熱陰極真空發射管的壽命一般為5000～15000小時，而本實用新型場致發射真空高頻發射管的壽命為燈絲式熱陰極真空發射管的壽命的4～5倍或更長。
2、功耗低。場致發射真空高頻發射管的陰極是在常溫下發射電子，所以不用對電子源進行預熱，因而器件的功率損耗比燈絲式熱陰極真空發射管低2～4千瓦。因而發射設備的備份機也不用進行預熱，通電後就可以連續播發。
3、調製方式可靈活設置。場致發射真空高頻發射管的陰極可分成大小不等或大小均等的若干個單元，這樣在調製上很容易實現模擬調製和數字調製；又由於陰極可以進行可尋址發射，這樣只要用一塊數字控制電路板，把相應的音頻信號轉換成調幅驅動信號或調頻驅動信號，就可以在同一部發射機上實現調幅和調頻。
4、響應速度快、惰性小。由於場致發射陣列可以在10-12秒內達到穩定的發射電流，這樣快的響應速度，使場致發射陣列的惰性幾乎為零。
5、調製的信噪比高。由於燈絲式熱陰極真空發射管是在幾千度的溫度下發射電子，同時需要大量的附屬設備來使燈絲維持幾千度的熱平衡；而場致發射陰極在常溫下發射電子，所以場致發射真空高頻發射管的熱噪聲要比前者小得多，也不用降溫設備。
6、製造成本低。場致發射真空高頻發射管總體結構比燈絲式熱陰極真空發射管簡單，因此製造工藝簡單，所以製造成本低。
圖1為本實用新型場致發射真空高頻發射管結構原理示意圖；圖2為本實用新型中簾柵極或柵極結構形狀的平面示意圖；圖3為本實用新型中場致發射陣列陰極第1實施例結構形狀的平面示意圖；圖4為圖3局部結構剖面放大示意圖；圖5為圖3的第2實施例局部結構剖面放大示意圖；圖6為本實用新型中場致發射陣列陰極第3實施例結構形狀的平面示意圖；圖7為圖6局部結構剖面放大示意圖；圖8為本實用新型中場致發射陣列陰極第4實施例結構形狀的平面示意圖。
具體實施方式
由圖1可見，本實用新型是在由玻璃或陶瓷材料製成的管狀外殼2內一端安裝發射電子源的場致發射陰極陣列5，在發射電子源的上方集成調製柵極4，在柵極4上方安裝簾柵極3，從外殼2的另一端安裝收集電子的陽極1，管內抽真空後進行封裝。
本實用新型採用最新的場致發射技術，在常溫下就可以發射電子的冷電子源，選用新的發射材料，高效率地激發出電子。場致發射陰極陣列5有不同的結構。
圖3至圖5為柱形陣列的場致發射陰極陣列電子源發射體6，它製作在玻璃材料的襯底7中，在襯底7的下面製作金屬導電層9，與發射體6連通，發射體6為鎢絲或在鎢絲上製作碳納米管塗敷層8的場致發射材料，且鎢絲直徑為5～25μm。
圖6至圖8為條形陣列的場致發射陰極陣列電子源發射體6′，條形陣列的發射體6′是在襯底7上的金屬導電層9上直接製作寬度為2～6mm，間距為0.45～0.55mm，且均勻分布的條形碳納米管塗敷層。這個條形碳納米管塗敷層電子源發射體6′還可對稱均勻分布為4個單元，相當4個陰極陣列電子源發射體，從而發射體的壽命可延長4倍。
由圖2可見，簾柵極3由網格狀金屬片10和電極引線11構成。而柵極4的平面形狀與簾柵極3一樣，也可為條形，但柵極4是集成在發射體6或6′的上方，且間距很小。
權利要求1.一種場致發射真空高頻發射管，包括安裝在外殼內真空中的陰極，柵極，簾柵極和陽極；其特徵是所述的陰極為場致發射陰極陣列(5)，該場致發射陰極陣列(5)包括電子源發射體(6)、金屬導電層(9)和非導電材料的襯底(7)；所述發射體(6)為柱形陣列，製作在所述襯底(7)中，在所述襯底(7)的下面製作所述的金屬導電層(9)，與所述的發射體(6)連通，在所述發射體(6)上方集成所述的柵極(4)；在所述柵極(4)上方安置所述的簾柵極(3)；所述的柵極(4)和簾柵極(3)為金屬網格狀；所述發射體(6)、柵極(4)、簾柵極(3)的電極從所述外殼(2)一端向外引出，所述外殼(2)另一端用所述陽極(1)進行封裝。
2.根據權利要求1所述的場致發射真空高頻發射管，其特徵是所述的柱形陣列發射體(6)為鎢絲或在鎢絲上製作碳納米管塗敷層(8)的場致發射材料，且鎢絲直徑為5～25μm。
3.根據權利要求1或2所述的場致發射真空高頻發射管，其特徵是所述柱形陣列發射體(6)為對稱均勻分布的若干個單元。
4.根據權利要求1所述的場致發射真空高頻發射管，其特徵是所述柱形陣列發射體(6)用條形陣列的發射體(6′)替代；所述的條形陣列的發射體(6′)是在所述襯底(7)上的金屬導電層(9)上直接製作寬度為2～6mm，間距為0.45～0.55mm，且均勻分布的條形碳納米管塗敷層。
5.根據權利要求4所述的場致發射真空高頻發射管，其特徵是所述的條形陣列的發射體(6′)為對稱均勻分布的若干個單元。
6.根據權利要求3或4所述的場致發射真空高頻發射管，其特徵是所述的柵極(4)的形狀與柱形陣列發射體(6)或條形陣列發射體(6′)形狀相匹配。
7.根據權利要求6所述的場致發射真空高頻發射管，其特徵是所述的簾柵極(3)由網格狀金屬片(10)和電極引線(11)構成。
8.根據權利要求7所述的場致發射真空高頻發射管，其特徵是所述的外殼(2)為管狀，由玻璃或陶瓷材料製成。
專利摘要本實用新型涉及一種場致發射冷陰極陣列的真空高頻發射管。包括安裝在外殼中的陰極，柵極，簾柵極和陽極；其中陰極為場致發射陰極陣列，該場致發射陰極陣列包括電子源發射體、金屬導電層和非導電材料的襯底；發射體為柱形陣列和條形陣列，製作在襯底上的金屬導電層與發射體連通，在發射體上方集成柵極；在柵極上方安置簾柵極；發射體、柵極、簾柵極的電極從外殼一端向外引出；外殼另一端用陽極進行封裝。本實用新型場致發射真空高頻發射管與燈絲式熱陰極真空發射管相比，具有如下優點壽命長，功耗低，調製方式靈活且信噪比高，響應速度快、惰性小，製造成本低。
文檔編號H01J1/304GK2678120SQ20042000265
公開日2005年2月9日 申請日期2004年1月30日 優先權日2004年1月30日
發明者蔡東山, 邵佑軍, 黃慶雲, 胡睿祖, 施化芬, 呂永積 申請人:北京普瑞廣科科技有限公司