Ultra-high brightness liquid metal field emission cathode for Next generation

下一代超高亮度液态金属场致发射阴极

基本信息

批准号：
22H01955
负责人：
根尾陽一郎
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

令和4年度では、ガリウム被覆したタングステン電界放射陰極の電圧－電流特性の正確な評価を行った。従来の蛍光スクリーンを用いたField Emission Microscope系を用いてカソード，アノード電流を測定した結果、カソード電流はアノード電流の75%程度に減少する事が分かった。これは放射電子がアノードに衝突した結果、放出された2次電子をアノード電極が回収できない事が原因である。この為、電圧－電流特性評価では、アノード電極をファラデーカップ形状に変更した。これによりカソード，アノード電流は正確に一致し、これまで観測出来なかった新しい特性が明らかとなった。同サンプルを複数回測定した結果、放射には3段階がある事が分かった。20uA以下の第1段階では、Fowler-Nordheim則に沿って放射電流が増加し、第2段階では、放射電流が急激に増加する。更にmAを超える第3段階では、特性は全て同じ曲線に収束する結果となった。この曲線はアノード・カソード間の印可電圧の3/2乗に比例する為、空間電荷制限電流領域で動作している事が明らかとなった。それぞれの放射パターンを観察した結果、第1段階では、タングステンの(110)面を反映しており、第2段階では複数のガリウムテーラーコーンが形成と破壊を繰り返しており、テーラーコーンからの放射電流である事が分かった。ガリウムは面方位に依らず前面を被覆している。第3段階では、テーラーコーンは急激に消失し、面方位毎の仕事関数を反映したと考えらえるパターンに収束する。以上の第3段階の空間電荷制限電流領域での特性と放射パターンから、電界放射と熱電子放射のハイブリッド動作機構が想像される結果となったのは非常に興味深い。電界放射陰極の仮想ソースサイズと熱電子源の大電流放射を両立した、全く新しい次世代電子源になりえると考えられる。

在2022年，对镀膜的钨辐射辐射阴极的电压 - 电流特性进行了准确的评估。使用传统的荧光屏幕使用场发射显微镜系统测量阴极和阳极电流，发现阴极电流降低到约75％的阳极电流。这是因为发射的电子与阳极碰撞，并且阳极电极无法恢复发出的二次电子。因此，在电流特性评估中，阳极电极被更改为法拉第杯形状。这样可以确保将阴极和阳极电流准确匹配，从而揭示了到目前为止无法观察到的新特征。在对同一样品进行多次测量之后，发现辐射的三个阶段。在第一阶段（低于20UA），辐射电流根据福勒 - 诺德海姆（Fowler-Nordheim）规则增加，在第二阶段，辐射电流迅速增加。此外，在MA以上的第三阶段，所有属性都会收敛到同一曲线。由于该曲线与阳极和阴极之间所施加的电压的3/2平方成正比，因此已揭示其在空间电荷限制的电流区域中运行。观察到每种辐射模式，发现在第一阶段，钨的（110）平面被反射出来，在第二阶段，在第二阶段，反复形成和破裂多个镀耐型裁缝锥，从而导致量身锥的辐射电流。甘露覆盖前表面，而不管平面方向如何。在第三阶段，裁缝锥突然消失，并收敛到一个可以认为反映每个平面方向的功能的模式。有趣的是，在空间荷尔兰限制的当前区域中的上述特性和辐射模式导致了野外辐射和热电子辐射的可疑混合操作机理。人们认为，这可能成为一个全新的下一代电子源，它将场辐射阴极的虚拟源大小与热电子源的较大电流辐射结合在一起。