多尺度门控场发射体的仿真——一种混合方法

多级阴极因 Schottky 猜想及其近期修正版本 [J. Vac. Sci. Technol. B 38, 023208 (2020)] 所预言的局域场乘性效应，成为场发射的有前途候选者。即便在由宏观基底与微观突起构成的二级复合结构中，由于长度尺度差异巨大，门控场发射复合二极管的仿真方法亟需重新审视。作为该策略的一部分，作者研究了复合发射体近其尖端的表面局域场变化，发现广义余弦定律在多尺度门控阴极的尖端附近依然局部成立。借此，仅借助尖端处电场知识，即可发射具有适当位置与速度分量分布的电荷。这些分布与当代自由电子场发射模型一致，并源于发射角、总能量与法向能量的联合分布。对于局域场增强因子约 1000 的复合几何，采用混合模型：将 COMSOL 计算的真空场导入实现发射模块的 Particle-In-Cell 代码 PASUPAT 中。在空间电荷效应的多尺度适配里，PASUPAT 采用截断几何与“开放静电边界”条件纳入空间电荷效应。空间电荷场与真空场叠加，用于粒子发射与追踪。