多晶阴极非均匀热电子发射的基于物理的模型
应用物理
2021-12-07 v1
摘要
热电子发射的实验观测表明，发射电流密度-温度（J-T）（Miram）曲线和发射电流密度-电压（J-V）曲线中 TL 与 FSCL 区域之间存在平滑过渡。了解 TL-FSCL 转变的温度和形状对于评估阴极的热电子发射性能（包括预测寿命）十分重要。然而，迄今为止尚无基于第一性原理物理的模型能够在无需施加物理上难以论证的先验假设或经验现象学方程的情况下，预测真实热阴极的平滑 TL-FSCL 转变区。先前关于非均匀热电子发射的详细研究发现，三维空间电荷、斑块场和肖特基势垒降低的效应，可基于具有功函数值棋盘状空间分布的模型热阴极表面导致平滑的 TL-FSCL 转变区。本工作中，我们首次构建了商用 dispenser 阴极的基于物理的非均匀发射模型。该发射模型通过电子背散射衍射（EBSD）引入阴极表面晶粒取向，并采用密度泛函理论（DFT）计算得到的晶面取向特异性功函数值。该模型能够构建阴极表面的二维发射电流密度图以及相应的 J-T 和 J-V 曲线。预测的发射曲线与实验吻合极好，不仅在 TL 和 FSCL 区域，关键地在 TL-FSCL 转变区也是如此。该模型增进了对热电子发射与阴极微观结构之间关系的理解，有益于真空电子器件的设计。
引用
@article{arxiv.2112.02136,
title = {Physics-based Model for Nonuniform Thermionic Electron Emission from Polycrystalline Cathodes},
author = {Dongzheng Chen and Ryan Jacobs and John Petillo and Vasilios Vlahos and Kevin L. Jensen and Dane Morgan and John Booske},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.02136},
year = {2021}
}