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本论文研究了脉冲栅控行波管中,C、Hf薄膜对抑制栅极电子发射所起的作用,讨论了两种薄膜的工作机理。实验中,分别利用双离子束溅射和射频磁控溅射技术在Mo基底上制备了C膜和Hf膜,并利用化学方法制备了BaO涂层以模拟行波管栅极结构,随后在N2保护下,通过在900K到1300K范围内退火,研究栅极处于高温工作环境下表面相结构和成分的变化,以此解释了C、Hf薄膜抑制栅极电子发射的工作机理。
利用双离子束溅射沉积技术可以制备出类金刚石结构的C膜,经过973K退火以后,Raman光谱显示薄膜由原先的类金刚石相转变成了石墨相,由此可以推测在较高的栅极温度下C膜以石墨相结构存在。此外,为研究C薄膜与栅极表面污染物BaO的作用,制备了两种不同结构的样品:BaO/Mo和BaO/C/Mo。通过不同退火温度下它们的XPS图谱Ba3d5/2峰强对比可知C对BaO有去除作用,然而这种作用与温度有很大关系,这种去除作用是由于在高温下C与BaO发生了化学反应,使表面BaO含量减少,较高的表面逸出功得以保持,从而使栅极电子发射被抑制。
利用射频磁控溅射技术以及化学方法也制备了两种不同结构的样品:Hf/Mo和BaO/Hf/Mo,其SEM和XPS结果显示,在BaO存在以后,Hf的状态发生了极大的变化,这主要是由于Ba与Hf的化学反应所致,从而破坏了BaO/Mo表面的电子发射结构,抑制了栅发射。