CN113488443A - 一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，所述结构由NEA GaN电子源，半导体制冷片，控制系统，温度反馈组件(热电偶)组成；所述控制系统通过导线连接半导体制冷片，并且使用法兰和铜垫圈加以密封；所述半导体制冷片通过铟焊与NEA GaN电子源相连，铟焊在超高真空中能增加半导体晶片和GaN材料之间的热传导；所述热电偶贴合在NEA GaN电子源上；所述NEA GaN电子源与半导体制冷片和热电偶相连接。本结构通过半导体片制冷可使工作在超高真空系统下的NEA GaN电子源温度不至于过高，有效地提高了NEA GaN电子源的使用寿命。

Description

一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构
技术领域
本发明涉及一种组件结构，具体涉及一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构。
背景技术
光阴极由激光控制，可以产生超短、高峰值亮度、低发射度的高品质电子束，相比传统的热发射和场致发射电子源，光阴极是非常理想的电子源。III-V族半导体材料拥有直接禁带能级、光吸收率高、电子扩散长度大、可获得负电子亲和势(Negative ElectronAffinity,NEA)表面等特性，是作为光阴极的良好材料。
目前实用的NEA光电阴极，在可见光波段利用的是闪锌矿GaAs材料，研制的NEAGaAs光电阴极已经应用在微光像增强器和EBAPS(电子轰击有源像素传感器)中，然而，自1970s至今，经过半个世纪的研究与实践，NEA GaAs光阴极的性能已经接近其极限，很难进一步提高其量子效率和寿命。
GaN作为第三代半导体材料，具有耐腐蚀、耐高温、抗辐射等优良特性，且具有电离度高，带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点。NEA GaN光阴极具有量子效率高、暗发射小、物理化学性质稳定、发射电子能量分布集中等优点，是高性能的紫外光阴极。
III-V族半导体电子源运行时的激光光照功率密度高，在较小空间内产生热量，形成较高热通量，而温度过高会破坏表面的Cs/O激活层，甚至会对体材料造成损坏，大大降低其使用寿命。
珀耳帖效应是指当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。基于珀耳帖效应可以进行半导体制冷，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。
发明内容
为了在一定程度上克服相关技术中存在的问题，即NEA GaN电子源运行时温度过高易损坏Cs/O激活层和GaN体材料，本申请提供一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，通过半导体制冷的方式降低NEA GaN电子源工作时的温度，保护表面的Cs/O激活层和GaN体材料，提高其使用寿命。
本发明的内容是采用以下技术方案实现的：
一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其改进之处在于，所述装置包括NEA GaN电子源，半导体制冷片，控制系统，温度反馈组件(热电偶)；所述控制系统通过导线连接半导体制冷片，并且使用法兰和铜垫圈加以密封；所述半导体片通过铟焊与NEAGaN电子源相连，在超高真空中能增加半导体晶片和GaN材料之间的热传导；所述热电偶贴合在NEA GaN电子源上；所述NEA GaN电子源与半导体制冷片和热电偶相连接。
进一步地，所述半导体制冷片吸热使温度下降。
进一步地，所述NEA GaN电子源上铟焊了半导体制冷片和热电偶。
进一步地，所述热电偶通过锡铅焊与NEA GaN电子源贴合连接。
进一步地，所述控制系统通过导线与半导体制冷片相连，改变电流大小来控制半导体制冷片。
进一步地，所述装置工作功率范围为5W至100W。
进一步地，所述半导体制冷片在NEA GaN电子源开始工作之前先开启，但工作电流不大。
进一步地，当热电偶检测到NEA GaN电子源温度超过40℃时，加大通往半导体制冷片的工作电流。
进一步地，当热电偶检测到NEA GaN电子源温度低于10℃时，缓慢减小通往半导体制冷片的工作电流。
与现有技术相比，本发明提出的结构具有的优点是：
本发明通过给半导体制冷片通电来降低NEA GaN电子源工作时的温度，并且通过热电偶检测实时温度然后反馈给控制系统来形成一个反馈系统，使NEA GaN电子源的温度不过高也不过低。解决了NEA GaN电子源运行时温度过高给表面的Cs/O激活层和GaN体材料带来的损伤。
本发明组件结构通过控制NEA GaN电子源工作时的温度，有效地提高了NEA GaN电子源的使用寿命。
为了上述以及相关的目的，下面的说明以附图的形式详细说明某些示例性方面。本发明的创新处在附图中得以显现，并且所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，表示了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本发明提供的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地表示本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化，本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
如图1所示，本发明提出一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，所述结构由NEA GaN电子源2，半导体制冷片3，控制系统5，温度反馈组件(热电偶)4组成，在超高真空枪1中；所述控制系统通过导线连接半导体制冷片，并且使用法兰和铜垫圈加以密封；所述半导体制冷片通过铟焊与NEA GaN电子源相连，铟焊在超高真空中能增加半导体晶片和GaN材料之间的热传导；所述热电偶贴合在NEA GaN电子源上；所述NEA GaN电子源与半导体制冷片和热电偶相连接。
上述技术方案中，所述半导体制冷片吸热使温度下降。
上述技术方案中，所述NEA GaN电子源上铟焊了半导体制冷片和热电偶。
上述技术方案中，所述热电偶通过锡铅焊与NEA GaN电子源贴合连接。
上述技术方案中，所述控制系统通过导线与半导体制冷片相连，改变电流大小来控制半导体制冷片。
上述技术方案中，所述半导体制冷片在NEA GaN电子源开始工作之前先开启，但工作电流不大。
上述技术方案中，当热电偶检测到NEA GaN电子源温度超过40℃时，加大通往半导体制冷片的工作电流。
上述技术方案中，当热电偶检测到NEA GaN电子源温度低于10℃时，缓慢减小通往半导体制冷片的工作电流。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。所述的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，所述装置包括NEA GaN电子源，半导体制冷片，控制系统，温度反馈组件(热电偶)；所述控制系统通过导线连接半导体制冷片，并且使用法兰和铜垫圈加以密封；所述半导体制冷片通过铟焊与NEAGaN电子源相连，在超高真空中能增加半导体晶片和GaN材料之间的热传导；所述热电偶贴合在NEA GaN电子源上；所述NEA GaN电子源与半导体制冷片和热电偶相连接。
2.如权利要求1所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，所述结构具有半导体制冷片，可以吸热使NEA GaN电子源温度下降。
3.如权利要求2所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，所述NEA GaN电子源上焊接了半导体制冷片。
4.如权利要求1所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，所述热电偶通过焊接的方式与NEA GaN电子源贴合连接。
5.如权利要求1所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，所述控制系统通过导线与半导体制冷片相连，改变电流大小来控制半导体制冷片。
6.如权利要求1所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，所述装置工作功率范围为5W至100W。
7.如权利要求1所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，所述半导体制冷片在NEA GaN电子源开始工作之前先开启，但工作电流不大。
8.如权利要求1所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，当热电偶检测到NEA GaN电子源温度超过40℃时，加大通往半导体制冷片的工作电流。
9.如权利要求1所述的一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其特征在于，当热电偶检测到NEA GaN电子源温度低于10℃时，缓慢减小通往半导体制冷片的工作电流。
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