纳米金刚石真空二极管中场致电子发射诱导的辉光放电

本通讯扩展了先前关于固态场发射器件自诱导加热的发现。研究发现，以富石墨多晶金刚石为阴极材料、本底压强约 $10^{-9}$ Torr 的真空二极管，可在无任何外部扰动的情况下从二极管 regime 切换为电阻 regime，再切换为辉光放电等离子体 regime，即所有转变均为自诱导。原位场发射显微镜与非原位电子显微镜及拉曼光谱的综合结果表明，该二极管的纳米金刚石阴极被加热至约 3000 K，从而引起自诱导材料蒸发、电离并最终形成微等离子体。我们的结果证实，通常被称为冷发射的场发射是一种非常复杂的现象，可造成严重的热负荷。热负荷与材料失控可能是导致真空二极管劣化的主要因素，即开启电场逐渐增大、场增强因子下降以及最终失效。