FFEA中电场及电子轨迹模拟研究

光电子激光第第溯20，月FFEA中电场及电子轨迹模拟研究屈晓声李得杰郑崇伟姚保纶。清华大学电子工程系，北京100084；2.温州师范学院物理系，浙江温州325003附近的电位和电，束运动分佰阱分别铽论聚焦极电位，聚热孔以及概极电位对发财的电子。农影轨聚焦电位相对栅极越负，聚焦作用越强，小聚焦孔径影响了大的发散角的电子，但对聚焦的作用不如电位改变明显栅极电位基木不影响电子的轨迹仅改变了发时的电子的多女结与实验站私致引言场发射显器厂0是有潜力的新型平板显器件。为了使，0获得到良好的显色彩，作为3的显部件场致发射阵列，通常采用发光效率高的高压荧光粉制备显屏，要求阳极的屏与发射电子的阴极之间必须有定的距离约以上山微尖发射的电广屯有定的发散角。到达阳极的电子束斑被放大，使象的分辨率降低解决高亮度和高分辨率的矛盾成为人制作需要解决的问大，在栅极，加聚焦极，构成有聚焦极的场致发射阵歹，人1.2.在聚焦极加定的电压作为静电透镜，可拦截和抑制发射角大的电子，起到聚焦电子束木文采用有限差分法，计兑，轴对称维4，给出电子束空间的电位分布和零初速发射的电尹轨迹模拟计算由两部分组成1计算空间场考虑到发射单元各部分几何尺寸相差悬殊，为提高计算精度和速度，采用了球坐标和柱坐标相结合的方法在微尖端部区域用球坐标描述，其它部分用柱坐标描述在球坐标范围内引入了30说模型3，在柱坐标区域使用般的等距网格模型42计算电子轨迹采用阶龙格库塔法求解电子运动方程，这里要用到空间场的计算结果4差分方程的求解采用超松弛迭代法子踪法，类似2人模型凇明极阳柩栅极和聚焦极结构的聚焦场发射单元可简化为断的维轴对称模型因为卞要关注电子束斑与聚焦极的关系。略去了30介质层及电阻层的影响十算结果明电阻层对聚焦效果影响很小此外，假定电子从微尖遂穿时初速为零，电子发射角集中在54内，按，以制作工艺，可确定的旧可参数发射微尖锥底半径7=0.5，微尖六1佑。2；栅极1半径办=0.54邱栅极厚几=0.24邱假定栅极上平面与微尖锥端高度致，聚焦极厚几=0.逆叫聚焦极与栅极间距1从阳极到阴极底部的距离1=，聚焦极半社办是要察的参数，设为变；微尖端半径〃在，人是个重要参数，主要影响附近的场强，进而影响发射电流大小，尺寸极小，对电子轨迹影响不大，设厂=0.02爪；阴极电位=0，阳极电位=3000，栅极电位怍和聚焦极电位片都是可变的。

3结果讨论结果新小。从2可。聚焦电极的存在，类似电子透镜的作用。微尖附近经过聚焦极的电子轨迹发斗明显变化。不再坫直线发散状。而是向内弯曲，*6使射向阳极的空间电子轨迹都向中心收缩，如考虑电子间相辽影响，原闪是它们之间的距离远大于作也被忽略。聚焦极电位对聚焦效果的影响4从改变电压的结果行出，取=使聚焦极电位变负，加大了对发射电子束的作用，通过计算得到较大发射角的电子轨迹，使屏上的电子束斑直径从25人的电势和电子轨迹聚焦电极半径对聚焦效果也有影响，因办减小会拦截大发射角发射的电子。从3可看到，当减小到1.25，而和片保持同，引起栅流增加。同时，聚焦极孔减小。加强对小发射角电子的作，改变了它们的轨迹，34比较3柬2，落在屏幕上的电子束斑点向中央收缩，但相对干改变电位的影响要小得多。

榄拟栅极对聚焦效果的影响，令，从80降到60，而，和保持不变计算结果撕。比较2和4，电子轨迹无明显变化从理论分析，人伪栅极的作用汉在从微尖上引出电子，降低微尖面势垒。加强电子的遂穿作用。当电子离开发射体面后栅极的作用将迅速消失。对电子发射轨迹影响较大的5办=1.郎肌和，=80以的电子轨迹4结论虽然本文模拟汁算并未涵盖FFK，A的全部情况可得出结论所考虑的几何参考数和电参数，到达阳极的电子束斑直径*大约为250，对于场发射显器是可接受的电子束斑大小对聚焦电压反应灵敏。减小聚焦极孔尺寸不会拦截部分大发散角的电子栅极电压的变化对电子轨迹影响不大屈晓声1966，男，博士，现主要从事平板显器件的研究。

李得杰1948，男，教授，主要从事各种显器件及特性研究。