第27卷第1期電子器件Vol.27,No.12004年3月Chinese Jourmal of Electron DevicesMarch .2004Study of the Additive Cr2 03 on the CathodeZHANG Hong- weil', DING Yao- gen' . BAI Zhen - gang'( 1. Insitue of Elecronics，Chinese Academy of Sciences, Bejing 10080. China;)\2. Craduave School of Chinse Academy of SciencesAbstract:The Cathode with the additive Cr203 is discussed. The results indicate the additive can peduce the workfunction, increase the emitting current density of cathode, and extend lifetime ，improve the ability to endure ion bom-bardment .Key words:Cathode; Additive; Cr20, ; SEMEEACC: 2320; 0580陰極中添加劑Cr2O3作用的研究.張紅衛(wèi)2，丁耀根'，白振綱'(1.中國科學(xué)院電子所,北京10080;2.中國科學(xué)院研究生院)摘要:主要研究了陰極中添加劑CxO,的作用,該添加劑不僅降低了陰極的逸出功,增大了發(fā)射電流密度,而且延長了壽命,同時還增強其耐離子轟擊能力。關(guān)鍵詞:陰極;添加劑; Cr2O;掃描電鏡中圍分類號:TNI03文獻標識碼:A文章編號:1005 - 9490(2004)01 - 0060 - 03在真空電子器件的研發(fā)領(lǐng)域中,陰極技術(shù)研究的B型陰極提高10倍。在支取相同電流密度下,覆的進展將在很大程度上決定真空電子器件尤其是大Os陰極工作溫度要比非覆Os陰極工作溫度低功率微波器件的發(fā)展進程"。面臨各國在陰極研究100C。 1983 年, Tagneni s, Aida T和Yamamoto s將方面的迅猛發(fā)展,我國的陰極研究工作者應(yīng)該加大Sc203摻人W基海綿中,而HaskerJ.等又將ScH2摻對陰極研究的力度(21。人W基中,同樣是在標準工作溫度條件下,分別獲本文研究陰極中添加劑Cr2O, 的作用。得35 A/cm2和100A/em2的大電流發(fā)射。Gartner G.Geitner P則利用激光熔融沉積的辦法在W基底上.1添加劑的歷史[3-]覆以5 pμm厚的Sc20,。在相同工作溫度條件下獲得400A/cm2的特大發(fā)射。另外，UonisFalceR以所謂添加劑是指陰極基底里不同于發(fā)射物質(zhì)的20wt%Ir+W的混合金屬粉壓制成新型的鋇鎢陰極。其它加人物。LoroninJ制作的80 wt%O, + Ru合金基底陰極也稱早在1965年,Zalm P和Van Stratum A.T在常規(guī)MM型陰極,以及Michael C Green在40 wt%Ir+W的的L型陰極表面上覆以0.5pm的Os膜,當(dāng)陰極工作合金基底上覆以lIr:W= 1:1的所謂MMM型陰極都溫度為800C時,脈沖發(fā)射電流密度要比非覆Os膜獲得了比普通B型陰極性能好得多的效果。1990 年.收稿日期: 2003- 06-15作者簡介:張紅衛(wèi)(1971-)男，中國科學(xué)院電子所博士研究生,主要中國煤化工電子技術(shù)研究，zhw-yhw@263.nel.MYHCNMHG第|期張紅衛(wèi),丁耀根等:陰極中添加劑Cr0,作用的研究61韓國的Jong-Seochol 在陰極表面合金層為(1- 10)2.wt%Sc2O, +(10-40) wt% Ir(Ru ReOs)+W的下邊不含CrOz儲存鋁酸鹽的腔室里摻人(20- 25)wt%的In2O, 制成新型的L型陰極。當(dāng)工作溫度為750C - 800C時81.9含C20可支取10A/em2電流密度。2實驗1.7wm1x1os在本實驗中,以一種采用Cr20,作為添加劑的Os+ w MM型陰極為例。圖2基底為 Os+ w的含與不舍添加劑其制備工藝是將各占50wt%的Os+ w金屬混.C2OMM型陰極其逸出功隨工作時間變化的合粉分三層或二層,而其中準備留做發(fā)射面的一層曲線里摻人10 wt%的Cr20,壓制成陰極體。有時之所以7要分三層壓制成型,就是為了給燒結(jié)過程中的Cr20,.60疏通提供均勻擴散的渠道,因為上下兩層都具有相含Q0同的孔隙度,這樣不至于造成Cr202在作為發(fā)射面.的一層里局部堆積或者形成梯度。所以燒結(jié)后的30Cr20,得到了充分均勻的分布,然后再車制成按尺寸P 20不含C2O2所需要的表面呈弧形的陰極形狀,最終浸漬鋁酸鹽,為圖1所示。mix10°i"50w%0, +W+ 10附%0n03圍3 Os+W 合金基底含與不含添加劑Cr2O陰極面的MM型陰極發(fā)射電流密度隨時間變化的曲50m%0 +w+10附%C20z線和電流密度隨工作時間變化的曲線如圖3所示。其陰極筒工作測試條件為:工作溫度是1 000C、脈沖工作比陰極簡2%、測試臺真空度是2x10~°Pa等。由圖3看出,含50u%0.+w50班%0, +WC20,的陰極發(fā)射電流曲線要比不含者隨時間變化圍1壓制燒結(jié)而只有作為發(fā)射面一層里舍有來得小,當(dāng)接近1 000 h后含Cr20, 的陰極發(fā)射電流C20,的MM型陰極基底示意圍幾乎是不含C202的2倍。對于新制備的或者是剛工作不久的含Cr20,的MM型陰極在低溫時要比不含Cz2O,的同類陰極其3結(jié)果討論逸出功低0.1 eV。 而在較高工作溫度時只低0.05eV。在工作溫度為1100C條件下作加速老煉實驗,摻人添加劑后,不論是普通純w基底陰極、合而只取工作溫度為1000C時的逸出功隨時間變化金基底陰極,還是覆膜陰極,陰極所有特性都明顯地得以提高與改善。的曲線如圖2所示。由圖2.上看出,工作初期,含有添加劑Cr2O,陰.在電子顯微鏡下觀察摻與不摻添加劑的金屬極的逸出功稍有下降,而后漸漸保持恒定,等1000h粉,不難發(fā)現(xiàn),凡摻人添加劑的金屬粉顆粒之間分散之后,其逸出功要比不含添加劑Cr20,的陰極低0.1度特別好,尤其是經(jīng)過充分研磨與攪拌,也就是說添加劑的摻人相當(dāng)程度地解決了長期困擾陰極工作者eV,這也正是含有添加劑Cr20,陰極的飽和電流密所遇到的合屬郵汽△葉營甜A的抱團現(xiàn)象。以.度要高的原因。25 wt9中國煤化工94表示25 m%在電場強度為35 kV/cm情況下測得的陰極飽Re+ WTYHCNMHG的表面SEM圖。62電子器件第27卷從圖4(a)(b)兩圖的比較中,我們可以得到結(jié)論:添影響孔與孔之間的貫通。而添加劑的摻人,削弱了.加了3wh%C2O,的合金基底中Re與W的分散要遠金屬粉靜電作用或者顆粒之間親合力,使金屬粉本比未添加Cr20,的合金基底更為均勻。身以及不同合金屬粉之間得到充分地分散又徹底的均勻混合。不同金屬粉之間有效結(jié)合面明顯擴大，共同的活性增強,整體效應(yīng)大大突出。添加劑的摻人,不僅使金屬粉本身以及不同合金屬粉之間得到充分地分散又徹底的均勻混合,而且由圖2可以得到:添加劑還有效地阻止覆膜金屬與基底之間的相互擴散,相互滲透,這就避免了陰極逸出功隨壽命的變化,保證了陰極長時間有足夠大的發(fā)射能力。并且由圖3可以得到陰極壽命被延長的結(jié)論,這就可以推斷出:添加劑的摻人還有力地將0H85501K三10N0E LHE 24日0陰極發(fā)射物質(zhì)牢牢地吸附在陰極表面上,防止其蒸發(fā),即使在離子轟擊下也難脫附。a) 未添加Cs:O,的合金基底4結(jié)論從上述的實驗及討論，可以得到結(jié)論:陰極中添加劑Cr20,具有優(yōu)良的性能，該添加劑不僅降低了陰極的逸出功,增大了發(fā)射電流密度,而且延長了壽命,同時還增強其耐離子轟擊能力。參考文獻:[1]丁耀根. 多注速調(diào)管技術(shù)的新進展[J].真空電子技術(shù)，2002.(5):8- 13.(b) 添加Cr:O,的合金基底.[2]張紅衛(wèi)， 師紹明，白振綱，丁耀根.俄羅斯陰極的發(fā)展圖4 25 wt%Re+ W合金基底的加.[J].真空電子技術(shù),2003.3:60- 62.與不加Cr20,的表面SEM圈[3]白振綱. 添加劑在擴散式陰極基底中的作用[J].真空金屬粉由于靜電作用或者它們本身特性所致固電子技術(shù),000.3:21- 24.有一種難以分離的親合力,該親合力不是原子間的[4] ZalmP, Van A T. Stratum Philips Tech Rev 1996,27 - 69.作用力,而是粉體微粒子表面上顯現(xiàn)出的相互凝集[5] Gartner G, Geittner P, Lydtin H. Ritz A. Applied Surface力,多數(shù)粒子聚集時凝集力變大。因而造成顆粒與[6Science, 197,111:11-1 17.顆粒之間緊密相吸緊密結(jié)合的特征,顆粒度越細這Modem dispenser cathodes[J]. IEEE proc Ptl. 1981, 128(1):19-32.種現(xiàn)象就越發(fā)嚴重,特別是兩種金屬或由幾種金屬[7] 美專 利No. 226694(P).組成合金表面或合金基底,因與不同金屬粉之間特[8] 美專 利No. 5594299(P) .性相差較大,各自容易抱團,影響了不同金屬粉之間的混合,也影響陰極基底孔隙度分布的均勻性,甚至中國煤化工MYHCNMHG