CN103632903A - 一种带电场补偿的冷阴极三极管 - Google Patents

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张晓兵
雷威
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Abstract

本发明公开了一种带电场补偿的冷阴极三极管，包括阴极、阳极和栅极，所述阴极包括阴极基板和制作在阴极基板表面上的场发射冷阴极，所述栅极设置在阴极和阳极之间，在栅极上设置有与场发射冷阴极对应的栅孔；所述阴极基板表面为相对栅极具有凸出弧度的结构。本发明提供的一种带电场补偿的冷阴极三极管，与传统场发射冷阴极三极管技术相比，不仅具有发射均匀性好、阴极与栅极间电容小等优点，还可以避免传统场发射阴极因边缘场过于集中带来的打火、阴极损伤等。

Description

一种带电场补偿的冷阴极三极管
技术领域
本发明涉及一种三极管，尤其涉及一种带电场补偿的冷阴极三极管。
背景技术
传统的场发射冷阴极三极管技术，特别是采用丝网印刷方法制作的场发射冷阴极三极管，如图1、图2所示，包括阴极、阳极和栅极，所述阴极包括阴极基板和制作在阴极基板表面上的阴极发射材料（冷阴极材料或场发射冷阴极），所述栅极设置在阴极和阳极之间，在栅极上设置有与场发射冷阴极对应的栅孔；一般阴极基板为平板金属结构，阴极发射材料制作在阴极基板的中心区域，所述栅极用于控制阴极发射材料的发射；在阴极上施加零电位，栅极上施加电压Vg以控制冷阴极场发射电流，阳极上施加正高压Va以抽取电子。
在传统结构中，当栅极上施加控制阴极发射的正电位时，由于阴极基板边缘部分电场将比较强，如果阴极发射材料制作的面积完全覆盖阴极基板，则阴极发射材料在边缘部分的发射因为电场强而发射电流大，而中心区域因为电场相对弱而不发射或发射很小，产生发射的不均匀；因此要避免边缘效应的发生，一般将阴极发射材料制作在阴极基板的中心部分，面积做得比阴极基板的面积小。在栅极施加恒定直流电压的情况下，阴极基板面积对发射没有大的影响；但当栅极上施加有交变电压信号时，阴极基板面积大将带来阴极与栅极之间电容比较大的问题，使交变信号的频率不能很高，要达到一定的场发射电流、大电容时要求的栅极信号功率大，损耗也大。因此要尽可能地降低阴极和栅极间的电容，最好使在边缘场效应能够被克服的情况下，阴极发射面积尽可能小，如：使阴极发射面积和阴极基板面积相同。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种带电场补偿的冷阴极三极管，拉长阴极基板周边区域相对中心区域与栅极面的距离，减少阴极基板周边区域的电场强度，减少栅极和阴极之间的电容。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种带电场补偿的冷阴极三极管，包括阴极、阳极和栅极，所述阴极包括阴极基板和制作在阴极基板表面上的场发射冷阴极，所述栅极设置在阴极和阳极之间，在栅极上设置有与场发射冷阴极对应的栅孔；所述阴极基板表面为相对栅极具有凸出弧度的结构。
上述结构相对于现有技术，改变了阴极基板的结构，由于采用了凸出弧度的结构，这样就拉长了阴极基板周边区域相对中心区域与栅极面的距离，有效减少了阴极基板周边的电场强度；当栅极施加电压后，能够抵消在阴极基板边缘形成的边缘场效应，补偿场发射冷阴极中心区域与边缘区域的电场差。
作为一种具体的结构，所述场发射冷阴极可以覆在阴极基板表面的整个区域制作；这样，相对于现有技术，在具备相同的场发射冷阴极面积时，可以减小阴极基板的面积，以减小栅极和阴极之间的电容。
作为另一种具体的结构，所述场发射冷阴极覆在阴极基板表面的中心区域制作。
作为再一种具体的结构，所述阴极基板表面的中心区域为平面结构，所述场发射冷阴极覆在阴极基板表面的中心区域的平面结构上制作；当栅极施加电压后，能够减少在阴极基板边缘形成的边缘场效应。
优选的，所述场发射冷阴极采用物理沉积、化学气相沉积、丝网印刷或电弧方法制作在阴极基板表面上。
优选的，所述场发射冷阴极为纳米材料冷阴极、场发射阴极薄膜或场发射微尖阵列。
优选的，所述场发射冷阴极的材料为碳纳米管、纳米氧化锌、石墨烯中的一种或两种以上的混合。
本案的设计原理，同样可以应用于设计X射线管、微波管，以及其他冷阴极真空电子器件中，用于提高阴极表面场发射均匀性，提高器件性能。
有益效果：本发明提供的一种带电场补偿的冷阴极三极管，与传统场发射冷阴极三极管技术相比，不仅具有发射均匀性好、阴极与栅极间电容小等优点，还可以避免传统场发射阴极因边缘场过于集中带来的打火、阴极损伤等。
附图说明
图1为传统的冷阴极三级管结构示意图；
图2为传统的冷阴极三级管中阴极基板与场发射冷阴极的位置示意图；
图3为本发明的一种结构结构示意图；
图4为本发明的另一种结构示意图；
其中，1为阴极基板，2为场发射冷阴极，3为栅孔，4为栅极，5为阳极，6为引出线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种带电场补偿的冷阴极三极管，包括阴极、阳极5和栅极4，所述阴极包括阴极基板1和制作在阴极基板1表面上的场发射冷阴极2，所述栅极4设置在阴极和阳极5之间，在栅极4上设置有与场发射冷阴极2对应的栅孔3；所述阴极基板1表面为相对栅极4具有凸出弧度的结构。
如图3所示，所述场发射冷阴极2可以覆在阴极基板1表面的整个区域制作。
所述场发射冷阴极2还可以覆在阴极基板1表面的中心区域制作；一种具体结构如图4所示，所述阴极基板1表面的中心区域为平面结构，所述场发射冷阴极2覆在阴极基板1表面的中心区域的平面结构上制作。
一般来说，所述场发射冷阴极2可以采用物理沉积、化学气相沉积、丝网印刷或电弧方法制作在阴极基板1表面上。
一般来说，所述场发射冷阴极2可以为纳米材料冷阴极、场发射阴极薄膜或场发射微尖阵列。
一般来说，所述场发射冷阴极2的材料可以为碳纳米管、纳米氧化锌、石墨烯中的一种或两种以上的混合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种带电场补偿的冷阴极三极管，包括阴极、阳极（5）和栅极（4），所述阴极包括阴极基板（1）和制作在阴极基板（1）表面上的场发射冷阴极（2），所述栅极（4）设置在阴极和阳极（5）之间，在栅极（4）上设置有与场发射冷阴极（2）对应的栅孔（3）；其特征在于：所述阴极基板（1）表面为相对栅极（4）具有凸出弧度的结构。
2.根据权利要求1所述的带电场补偿的冷阴极三极管，其特征在于：所述场发射冷阴极（2）覆在阴极基板（1）表面的整个区域制作，或覆在阴极基板（1）表面的中心区域制作。
3.根据权利要求1所述的带电场补偿的冷阴极三极管，其特征在于：所述阴极基板（1）表面的中心区域为平面结构，所述场发射冷阴极（2）覆在阴极基板（1）表面的中心区域的平面结构上制作。
4.根据权利要求1所述的带电场补偿的冷阴极三极管，其特征在于：所述场发射冷阴极（2）采用物理沉积、化学气相沉积、丝网印刷或电弧方法制作在阴极基板（1）表面上。
5.根据权利要求1所述的带电场补偿的冷阴极三极管，其特征在于：所述场发射冷阴极（2）为纳米材料冷阴极、场发射阴极薄膜或场发射微尖阵列。
6.根据权利要求1所述的带电场补偿的冷阴极三极管，其特征在于：所述场发射冷阴极（2）的材料为碳纳米管、纳米氧化锌、石墨烯中的一种或两种以上的混合。
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