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1、第9期电子学报Vol.31No.92003年9月ACTAELECTRONICASINICASep.2003微型真空电子器件和太赫兹辐射源技术进展廖复疆(北京真空电子技术研究所,北京100016)摘要:微加工技术为真空电子技术的发展提供了新的领域和新的应用.场致发射阵列阴极(FEA)是最突出的2代表.本文综述了FEA近年来的发展,特别给出了我所在FEA研究方面的新进展.已经获得5A/cm左右的电流密度,为进一步的应用奠定了良好的基础.国际上正在开展微型真空电子器件研究,该项研究将导致微波管体积、重量、成本的降低和工作频率、可靠性的进一步提高.微型真空电子器件可为太赫兹频域提供1W的大功率发射
2、源.关键词:微加工;真空微电子;太赫兹技术中图分类号:TN12文献标识码:A文章编号:037222112(2003)0921361204Micro2VacuumElectronDevicesandTerahertzVacuumSourcesLIAOFu2jiang(BeijingVacuumElectronicsResearchInstitute,Beijing100016,China)Abstract:Recentdevelopmentsinmicrofabricationhaveproducednewopportunitiesinvacuumelectronics.Thevariety
3、ofmi2crofabricationapplicationsinvacuumelectronicsissteadilygrowing.Theimpressiveachievementsarefieldemitterarrays(FEAs)forcoldcathodes.Anewclassofmicrofabricatedvacuumelectrondevicesor“μVED”willmakethemicrowave/millimeterwavetubesminiatureandlowcosts.Theywillalsoworkinterahertzfrequencywithpowero
4、utputupto1W.Keywords:microfabrication;vacuummicroelectronics;terahertztechnique线不仅可成像,而且可提供该频域的频谱信息,用于遥感,探1引言测未知的气体云和空降的生物物质;太赫兹技术可用于高数微加工技术进展为微尺寸三维结构的批量制造提供了一据率通信.300GHz以上的载波,其10%的带宽就可为无线通[9]套很好的方法.也为真空电子器件的发展开辟了新的领域和信实现大于10Gbits/s的高速数据速率.过去十年中由于缺[1]新的应用.这些新的领域和应用包括:(1)用微加工制造的少功率源和检测器件,太赫兹技术的发展遇到
5、困难,但这一频场致发射阵列阴极(FEA)来代替普遍应用的热阴极;(2)可靠域所展示的应用前景,正吸引更多的科学家投入该研究领域.的、精确制造的小型微波/毫米波/亚毫米波电路和器件代替微加工技术和真空电子学结合形成的微型真空电子器件普通机械加工和手工装配的电路和器件;(3)批量生产的低价(μVED),克服了普通三、四极管的渡越时间效应,或者利用微元件和部件的应用;(4)提高系统和器件的集成度,减小体积波管分布作用原理,使工作频率可以达到太赫兹频域.早在上和重量.世纪80年代,美国宇航局(NASA)就开始了一项支持深空探微加工技术在真空电子学中应用的研究正在逐步扩大.测计划的亚毫米波返波管研究
6、计划,采用光刻技术在金刚石最重要的进展是场致发射阵列阴极的研究.钼微尖、栅控、硅基片上制造微型梯形线慢波结构,器件的工作频率可以在2[10,11]基场致发射阵列阴极(FEA)在650A/cm电流密度下,已经显400GHz到1.8THz范围.虽然这项计划尚未完全实现,但2示出大于8年的长寿命和可靠性,2000A/cm电流密度也已经是它是一次采用微加工技术制造微型真空电子器件的探索.[2]获得.微加工制造的FEA阴极成功地应用于行波管现代微加工技术具有更高的精度,更精确的加工方法,再次引[3～5][1,8,12,13]中,并获得27W和55W功率输出,是一个令人振奋的信起人们用来制造微型电子器
7、件的兴趣.息.碳纳米管作为发射源的研究也取得了很好的结果,获得了本文将结合我们在场致阵列发射阴极研究中的情况讨论2[6]4A/cm的电流密度.这种阴极的制造和应用,探讨微型真空电子器件和太赫兹真特别值得注意的动向是微型真空电子器件(μVED)的研空辐射源的发展.究及其在太赫兹频域作为电磁辐射源的应用.太赫兹频域是2场致发射阵列阴极介于毫米波和远红外之间的亚毫米波频域,即波长在1000μm[7]-100μm,频率在300G
