CN108493080A - 用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构及其加工方法，双栅结构包括阴极基底、陶瓷底板、阴极、第一栅网金属片、第二栅网金属片、阳极板、第一陶瓷柱、第二陶瓷柱和第三陶瓷柱；阳极板设在陶瓷底板上方通过两个第一陶瓷柱连接，第二栅网金属片与第一栅网金属片结构相同且十字交叉设置，中心部均设有网孔位置对应的栅网，第一栅网金属片设在阳极板和陶瓷底板之间通过两个第二陶瓷柱连接；第二栅网金属片设在阳极板和第一栅网金属片之间通过两个第三陶瓷柱连接；阴极基底设在陶瓷底板底面中心部，阴极贯穿陶瓷底板与阴极基底顶面垂直连接。本发明结构及加工方法简单，能解决阴极与栅网孔之间的对中问题，能大幅度提高栅网的透过率。

Description

用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构及其加工方法，属于场发射技术领域。

背景技术

常规条件下，场发射的三级结构是由阴极、栅网和阳极构成。依靠栅网的高电压拉出阴极的电子，而发射的电子一部分被栅网截获，一部分打到阳极。被栅网截获的电流会导致栅网温度升高，一方面栅网受热放气，使得真空条件变差，容易打火，阴极受损，另一方面栅网受热形变，会改变栅、阴之间的距离，严重的话导致短路；在一些功率很紧张的地方，如航天器上，为了得到合适的阳极电流，阴极必须要处于更高的发射中，这些就增加了总功率的负荷。因此降低栅网的截获是场发射器件应用的一个制约因素。通常的解决办法是用更细的丝做栅网，以期提高物理透过率另外的设计就是阴极图形化设计，让每个阴极正对栅网的小孔，这样可以大大减少栅网的截获。前者栅丝受到机械强度的影响不可能太细，使得物理透过率的增长很有限，同时栅网的透过率比物理透过率小很多。后者，在阴极图形化的过程中，一方面阴极的图形化不容易高精度实现，另一方面受到制作工艺的限制，在阴极与栅网的对中上难以实现高精度对中，致使截获率居高不下。

发明内容

发明目的：为克服现有技术不足，本发明提供一种用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构及其加工方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构，包括阴极基底、陶瓷底板、阴极、第一栅网金属片、第二栅网金属片、阳极板、第一陶瓷柱、第二陶瓷柱和第三陶瓷柱；所述阳极板设在陶瓷底板上方，阳极板和陶瓷底板之间通过两个第一陶瓷柱连接，第二栅网金属片与第一栅网金属片结构相同且十字交叉设置，中心部均设有网孔位置对应的栅网，第一栅网金属片设在阳极板和陶瓷底板之间，第一栅网金属片和陶瓷底板之间通过两个第二陶瓷柱连接；第二栅网金属片设在阳极板和第一栅网金属片之间，第二栅网金属片和陶瓷底板之间通过两个第三陶瓷柱连接；阴极基底设在陶瓷底板底面中心部，阴极贯穿陶瓷底板，阴极顶面与第一栅网金属片底面贴合，阴极底面与阴极基底顶面垂直连接。

工作原理：本发明通过将两个校正平整度后的薄金属片十字交叉各自通过陶瓷柱安装在陶瓷底板上形成组件，两个薄金属片之间是绝缘的，其之间的距离依靠各自陶瓷柱的高度差来实现；将组件一起送去激光加工，栅网的尺寸和形状通过程序输入到激光加工机上，激光一次性将上下两片金属片加工成完全一样的栅网，第一栅网金属片、第二栅网金属片的栅网网孔完全正对，清洗组件后，再往陶瓷底板上安装阴极和阳极，其中阴极与第一栅网金属片之间紧密接触，但不改变栅网的位置，因此便可保证裸露的阴极部分与第二栅网金属片的栅网之间的对中，提高第一栅网金属片和第二栅网金属片的栅网透过率；整个发射结构，通过不同高度的陶瓷柱控制相互之间的距离。

所述第一陶瓷柱顶端穿出阳极板，并通过第一螺母固定，底端穿出陶瓷底板，并通过第二螺母固定；第二陶瓷柱顶端穿出第一栅网金属片，并通过第三螺母固定，底端穿出陶瓷底板，并通过第四螺母固定；第三陶瓷柱顶端穿出第二栅网金属片，并通过第五螺母固定，底端穿出陶瓷底板，并通过第六螺母固定；能方便安装固定各陶瓷柱。

所述阳极板上设有与第一陶瓷柱相匹配的第一通孔；第一栅网金属片上设有与第二陶瓷柱相匹配的第二通孔；第二栅网金属片上设有与第三陶瓷柱相匹配的第三通孔；陶瓷底板上分别设有与第一陶瓷柱、第二陶瓷柱、第三陶瓷柱相匹配的第一通孔、第二通孔、第三通孔；陶瓷底板上还设有与阴极相匹配的第四通孔；能方便安装固定各陶瓷柱和阴极。

用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将第一栅网金属片通过两个第二陶瓷柱安装到陶瓷底板上，第二陶瓷柱顶部穿出第一栅网金属片用第三螺母固定旋紧，底部穿出陶瓷底板用第四螺母固定旋紧；

2)将第二栅网金属片通过两个第三陶瓷柱安装到陶瓷底板上，第三陶瓷柱顶部穿出第二栅网金属片用第五螺母固定旋紧，底部穿出陶瓷底板用第六螺母固定旋紧；

3)用激光同时从上往下垂直对第一栅网金属片、第二栅网金属片交叠部均匀打孔，制作第一栅网金属片、第二栅网金属片中心部的栅网，第一栅网金属片栅网上各网孔与第二栅网金属片栅网上各网孔位置一一对应；

4)将阳极板通过两个第一陶瓷柱安装到底板上，第一陶瓷柱顶部穿出阳极板用第一螺母固定旋紧；底部穿出陶瓷底板用第二螺母固定旋紧；

5)将阴极与阴极基底垂直相接，阴极穿过陶瓷底板，阴极顶面贴紧第一栅网金属片，阴极基底与底板通过点焊固定。

上述用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构的加工方法，利用激光同时进行上下栅网的尺寸加工，可获得高精度的对中栅网，能解决阴极与栅网孔之间的对中问题，避免了制备图形化阴极，免去了后期的对中工艺。

有益效果：本发明结构及加工方法简单，能解决阴极与栅网孔之间的对中问题，避免了制备图形化阴极，免去了后期的对中工艺，变为采用丝网印刷的方法制备阴极，大大降低阴阳的制备难度，制备工艺难度大幅下降，能大幅度提高栅网的透过率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1俯视图；

图3为本发明第一栅网金属片和第二栅网金属片一体结构示意图。

具体实施方式

实施例

如图1-3所示，一种用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构，包括阴极基底1、陶瓷底板3、阴极4、第一栅网金属片5、第二栅网金属片6、阳极板2、第一陶瓷柱7、第二陶瓷柱8和第三陶瓷柱9；所述阳极板2设在陶瓷底板3上方，阳极板2和陶瓷底板3之间通过两个第一陶瓷柱7连接，第二栅网金属片6与第一栅网金属片5结构相同且十字交叉设置，中心部均设有网孔位置对应的栅网16，第一栅网金属片5设在阳极板2和陶瓷底板3之间，第一栅网金属片5和陶瓷底板3之间通过两个第二陶瓷柱8连接；第二栅网金属片6设在阳极板2和第一栅网金属片5之间，第二栅网金属片6和陶瓷底板3之间通过两个第三陶瓷柱9连接；阴极基底1设在陶瓷底板3底面中心部，阴极4贯穿陶瓷底板3，阴极4顶面与第一栅网金属片5底面贴合，阴极4底面与阴极基底1顶面垂直连接；第一陶瓷柱7顶端穿出阳极板2，并通过第一螺母10固定，底端穿出陶瓷底板3，并通过第二螺母11固定；第二陶瓷柱8顶端穿出第一栅网金属片5，并通过第三螺母12固定，底端穿出陶瓷底板3，并通过第四螺母13固定；第三陶瓷柱9顶端穿出第二栅网金属片6，并通过第五螺母14固定，底端穿出陶瓷底板3，并通过第六螺母15固定；阳极板2上设有与第一陶瓷柱7相匹配的第一通孔；第一栅网金属片5上设有与第二陶瓷柱8相匹配的第二通孔17；第二栅网金属片6上设有与第三陶瓷柱9相匹配的第三通孔18；陶瓷底板3上分别设有与第一陶瓷柱7、第二陶瓷柱8、第三陶瓷柱9相匹配的第一通孔、第二通孔17、第三通孔18；陶瓷底板3上还设有与阴极4相匹配的第四通孔。

上述用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构的加工方法，包括以下步骤：

1)将第一栅网金属片5通过两个第二陶瓷柱8安装到陶瓷底板3上，第二陶瓷柱8顶部穿出第一栅网金属片5用第三螺母12固定旋紧，底部穿出陶瓷底板3用第四螺母13固定旋紧；

2)将第二栅网金属片6通过两个第三陶瓷柱9安装到陶瓷底板3上，第三陶瓷柱9顶部穿出第二栅网金属片6用第五螺母14固定旋紧，底部穿出陶瓷底板3用第六螺母15固定旋紧；

3)用激光同时从上往下垂直对第一栅网金属片5、第二栅网金属片6交叠部均匀打孔，制作第一栅网金属片5、第二栅网金属片6中心部的栅网16，第一栅网金属片5栅网16上各网孔与第二栅网金属片6栅网16上各网孔位置一一对应；

4)将阳极板2通过两个第一陶瓷柱7安装到底板上，第一陶瓷柱7顶部穿出阳极板2用第一螺母10固定旋紧；底部穿出陶瓷底板3用第二螺母11固定旋紧；

5)将阴极4与阴极基底1垂直相接，阴极4穿过陶瓷底板3，阴极4顶面贴紧第一栅网金属片5，阴极基底1与底板通过点焊固定。

本发明通过将两个校正平整度后的薄金属片十字交叉各自通过陶瓷柱安装在陶瓷底板3上形成组件，两个薄金属片之间是绝缘的，其之间的距离依靠各自陶瓷柱的高度差来实现；将组件一起送去激光加工，栅网16的尺寸和形状通过程序输入到激光加工机上，激光一次性将上下两片金属片加工成完全一样的栅网16，第一栅网金属片5、第二栅网金属片6的栅网16网孔完全正对，清洗组件后，再往陶瓷底板3上安装阴极4和阳极，其中阴极4与第一栅网金属片5之间紧密接触，但不改变栅网16的位置，因此便可保证裸露的阴极4部分与第二栅网金属片6的栅网16之间的对中，提高第一栅网金属片5和第二栅网金属片6的栅网16透过率；整个发射结构，通过不同高度的陶瓷柱控制相互之间的距离。加工方法利用激光同时进行上下栅网16的尺寸加工，可获得高精度的对中栅网16，能解决阴极4与栅网16孔之间的对中问题，避免了制备图形化阴极4，免去了后期的对中工艺。

本发明结构及加工方法简单，能解决阴极4与栅网16孔之间的对中问题，避免了制备图形化阴极4，免去了后期的对中工艺，变为采用丝网印刷的方法制备阴极4，大大降低阴阳的制备难度，制备工艺难度大幅下降，能大幅度提高栅网16的透过率。

本发明未提及的技术均为现有技术。

Claims (4)

1.用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构，其特征在于：包括阴极基底、陶瓷底板、阴极、第一栅网金属片、第二栅网金属片、阳极板、第一陶瓷柱、第二陶瓷柱和第三陶瓷柱；所述阳极板设在陶瓷底板上方，阳极板和陶瓷底板之间通过两个第一陶瓷柱连接，第二栅网金属片与第一栅网金属片结构相同且十字交叉设置，中心部均设有网孔位置对应的栅网，第一栅网金属片设在阳极板和陶瓷底板之间，第一栅网金属片和陶瓷底板之间通过两个第二陶瓷柱连接；第二栅网金属片设在阳极板和第一栅网金属片之间，第二栅网金属片和陶瓷底板之间通过两个第三陶瓷柱连接；阴极基底设在陶瓷底板底面中心部，阴极贯穿陶瓷底板，阴极顶面与第一栅网金属片底面贴合，阴极底面与阴极基底顶面垂直连接。

2.根据权利要求1所述的用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构，其特征在于：所述第一陶瓷柱顶端穿出阳极板，并通过第一螺母固定，底端穿出陶瓷底板，并通过第二螺母固定；第二陶瓷柱顶端穿出第一栅网金属片，并通过第三螺母固定，底端穿出陶瓷底板，并通过第四螺母固定；第三陶瓷柱顶端穿出第二栅网金属片，并通过第五螺母固定，底端穿出陶瓷底板，并通过第六螺母固定。

3.根据权利要求1或2所述的用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构，其特征在于：所述阳极板上设有与第一陶瓷柱相匹配的第一通孔；第一栅网金属片上设有与第二陶瓷柱相匹配的第二通孔；第二栅网金属片上设有与第三陶瓷柱相匹配的第三通孔；陶瓷底板上分别设有与第一陶瓷柱、第二陶瓷柱、第三陶瓷柱相匹配的第一通孔、第二通孔、第三通孔；陶瓷底板上还设有与阴极相匹配的第四通孔。

4.权利要求1-3任意一项所述的用于降低电子截获的场发射高精度双栅结构的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将第一栅网金属片通过两个第二陶瓷柱安装到陶瓷底板上，第二陶瓷柱顶部穿出第一栅网金属片用第三螺母固定旋紧，底部穿出陶瓷底板用第四螺母固定旋紧；

2)将第二栅网金属片通过两个第三陶瓷柱安装到陶瓷底板上，第三陶瓷柱顶部穿出第二栅网金属片用第五螺母固定旋紧，底部穿出陶瓷底板用第六螺母固定旋紧；

3)用激光同时从上往下垂直对第一栅网金属片、第二栅网金属片交叠部均匀打孔，制作第一栅网金属片、第二栅网金属片中心部的栅网，第一栅网金属片栅网上各网孔与第二栅网金属片栅网上各网孔位置一一对应；

4)将阳极板通过两个第一陶瓷柱安装到底板上，第一陶瓷柱顶部穿出阳极板用第一螺母固定旋紧；底部穿出陶瓷底板用第二螺母固定旋紧；

5)将阴极与阴极基底垂直相接，阴极穿过陶瓷底板，阴极顶面贴紧第一栅网金属片，阴极基底与底板通过点焊固定。