用于高功率微波器件粒子模拟的三维柱坐标系共形网格生成技术

基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序,对束-场互作用器件作共形网格剖分,为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据,使模型的空间信息能转换成柱坐标网格信息。将轴上网格单元作特殊处理,使粒子模拟算法形式在轴上网格和在非轴上网格上保持一致。利用射线跟踪法得到属于模型子面、模型棱边的离散边界点,接着通过拓扑关系获得模型的顶点,保存上述三类离散边界点的拓扑信息和网格信息。将构建的基础网格元与边界点信息耦合,在离散网格体系中重构模型。用该共形网格剖分技术对相对论磁控管进行剖分,能够识别该磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔等结构。

异质外延单晶金刚石及其相关电子器件的研究进展

相较于传统的硅材料,宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件,被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性,更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小,且价格昂贵,极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索,异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。本综述从金刚石异质外延的衬底选择、生长机理以及质量改善等方面对近些年来异质外延单晶金刚石的发展进行详细介绍。进一步地,对基于异质外延单晶金刚石的场效应晶体管和二极管的研究进行了总结,说明了异质外延单晶金刚石在电子器件领域的巨大潜力。最后总结了异质外延单晶金刚石仍需面对的挑战,展望了其在未来的应用与发展前景。

表面传导电子发射显示技术与器件

对表面传导电子发射显示器件的原理、结构及其发展历程进行了分析,重点针对表面传导电子发射性能的改进,从导电薄膜结构方面进行了讨论,并对有可能降低表面传导电子发射显示器件成本的方法进行了简单的分析。

光纤式激光诱导击穿光谱实验平台开发

基于光纤传能设计并开发了光纤式激光诱导击穿光谱实验平台,该平台包含纳秒脉冲激光源、光纤光谱仪、数字延时发生装置等硬件设备,同时包含具备光谱数据显示储存、定量分析、结果报告等功能的配套软件。实验平台解决了激光-光纤耦合、激光馈出后的二次聚焦、光谱信号收集回传等关键技术。研究结果表明:所开发的光纤式激光诱导击穿光谱实验平台运行稳定;实现了材料元素组成远距离的自动化识别与定量检测。在激光诱导击穿光谱仪器设计、开发方面具备较好的参考价值。

MPCVD单晶金刚石生长及其电子器件研究进展

本综述分析了微波等离子化学气相沉积(MPCVD)单晶金刚石生长及其电子器件近年来的研究进展,并对其进行展望。详细介绍了金刚石宽禁带半导体特性、生长原理、生长设备、衬底处理。研究了影响MPCVD单晶金刚石生长的关键因素,为获得最优生长条件提供指导。分析了横向外延、拼接生长、三维生长等关键性生长技术,逐步提高单晶金刚石的质量和面积。在金刚石掺杂的研究中,详细介绍了n型和p型掺杂的研究进展。通过对金刚石肖特基二极管、氢终端金刚石场效应晶体管、紫外探测器的研究,展现了金刚石在电子器件领域的成果和进展。最后总结了MPCVD单晶金刚石生长及其电子应用过程中面临的挑战,展望了金刚石在电子器件领域的巨大应用前景。

表面传导电子发射显示器件概述及研究现状

表面传导电子发射显示(SED)是一种新型平板显示技术,跟现有主流显示技术相比,它在对比度、灰度级、色彩、动态响应及功耗等方面均有优势。本文在简单叙述了SED的发展历史、原理及结构之后,重点介绍了SED的技术核心——电子发射源的结构、各种工艺流程及最新进展,最后是对SED的性能和特点的简介以及市场展望。

表面传导电子发射显示器件综述

表面传导电子发射显示是场致发射显示的一种,它由于在视角、动态图像、对比度以及色阶重现等各项图像品质指标上都出类拔萃,功耗较低,被认为是下一代平板显示器件的关键问题。本文主要介绍了表面传导电子发射显示器件的原理,元件制造方法、特点及发展前景。

表面传导电子发射显示器件制备工艺研究

介绍了表面传导电子发射显示器件阴极基板和阳极基板的制备方法及其详细的真空封接工艺。所封接器件排气到高真空后,首先对其阴极基板进行了电形成工艺处理以形成纳米裂缝作为电子发射源,然后测试了器件的发光显示,得到了比较均匀的阵列发光。最后,针对发光显示图像从三个方面分别进行了分析,为整个器件性能的改进提供了很好的参考价值。

分离打拿极电子倍增器性能提升技术研究

研究了磁控溅射法制备二次电子发射薄膜过程中氩气与氧气流量比和打拿极极间分压方式对电子倍增器增益及衰减特性的影响。研究表明,采用25∶5的氩气与氧气流量比所制备的MgO/(MgO-Au)双层结构薄膜具有最大的二次电子发射系数(SEY)和最小的SEY衰减率,同时利用该薄膜制作的九级打拿极电子倍增器具有最高的增益和最小的增益衰减率,这与该薄膜拥有最大的MgO晶粒尺寸和合适的导电性密切相关;采用第九打拿极与地之间的分压电阻阻值为3 MΩ且前八级打拿极极间分压电阻阻值均为6 MΩ的打拿极极间差异化分压方式制作电子倍增器能够提高器件增益,降低器件工作电压,并减缓在电子持续轰击下的增益衰减。该研究结果对高性能分离打拿极电子倍增器研制及其应用具有重要意义。

Levenberg-Marquardt算法在行波管电子枪多参量优化中的应用

行波管作为一种广泛应用于电子对抗等领域的真空电子器件,其性能在电子信息化飞速发展的21世纪被提出了更高的要求。电子枪是行波管中一个至关重要的部件,因此电子枪的优化设计是提升行波管性能的有效方式。行波管电子枪根据性能要求由迭代综合法或非迭代综合法计算得到各电极参量的初值后,进一步对电子枪参量进行优化时,一般采用参数扫描法,针对多参量多目标函数优化时往往处理数据量大,优化速度慢。本文构建了对电子枪电性参量、结构参量同时进行优化的Levenberg-Marquardt算法,可以处理多目标函数多参量问题,提高优化效率,并以此为基础对一个可应用于行波管的电子枪的电极参量及其外加磁透镜的磁极参量进行了优化,最终电子枪发射性能参数达到阴极总发射电流2.5114 mA,注腰半径11.23μm,注电流密度633.6504 A/cm^(2),面压缩比79.2650。

星载微波部件微放电阈值的改进多粒子蒙特卡罗计算方法

星载微波部件的微放电效应是导致航天器谐振类设备失谐、噪声电平抬高、输出功率下降,甚至影响通信信道乃至整个微波传输系统彻底失效的瓶颈问题之一。在设计阶段对星载微波部件微放电效应进行精准的评估是减少地面反复试验,避免延误研制周期的重要手段。为了进一步改善现有蒙特卡洛方法的计算准确度问题,文中提出了一种精度更高的计算星载微波部件微放电阈值的蒙特卡罗方法,该方法对参与微放电过程的初始电子进行了动态调整,采用四阶龙格-库塔法推进微波部件中电子的运动轨迹,基于Furman模型描述电子与微波表面相互作用的二次电子发射过程,按照碰撞电子产生的实际二次电子个数及对应能量参与碰撞时刻后的微放电过程,该多粒子-多碰撞过程更加客观、准确地表征了微放电效应发生的物理过程。以平板传输线和同轴传输线为例,文中所提出的方法相对于已有的蒙特卡罗方法计算精度显著提升,同时计算效率优于商用CST的粒子模拟结果。

基极触发的雪崩晶体管导通机理

为研究基极触发的雪崩晶体管导通机理,建立了雪崩晶体管(n+⁃p⁃n⁃n+掺杂结构)的准三维器件模型和实验测试电路。研究了雪崩晶体管的温度分布特征,导通结束后器件最高温度约为417 K,位于电流通道内n⁃n+边界处。当集电极电压为300 V、基极触发电压为2.4 V时,仿真和实验获得的脉冲上升时间分别为2.4 ns、2.5 ns,半高宽(FWHM)分别为6.2 ns、5.8 ns,仿真和实验结果基本一致。研究结果表明:高触发脉冲电压幅值会加速晶体管内部电场的重建过程,从而缩短延迟时间,提高晶体管响应速度;负载阻抗会影响器件导通通道尺寸,负载阻抗减小时,电流密度提升,器件通过缩窄通道来提高通道内电流密度,宏观导通电阻降低。

激光诱导击穿光谱仪器化研制综述

作为一种新型物质探测技术,激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因具有制样简单、非接触式测量、现场适应能力强、分析速度快以及能同时对多种元素进行识别和定量分析等突出优点,近年来在工厂运维、垃圾回收、岩矿分析、文化遗产保护、环境监测、生物医疗、食品检验、国土安全等诸多领域得到广泛应用。在从实验室逐步走向实际应用的过程中,各国研究人员开发了各式LIBS仪器,根据其大小和使用特点,大致可分为台式、远程式和便携式三类。本研究对激光诱导击穿光谱的原理、系统构成和发展脉络作了系统性的介绍,对现有的LIBS仪器进行了分类与综述,细致探讨了各类设备的优势及面临的挑战,并对未来的发展方向进行了展望。

品质因数对TM_(02)模相对论返波管工作模式影响

结合理论分析和数值模拟,研究了TM_(02)模过模结构相对论返波管的模式竞争机制.理论推导得到波纹波导中混合模式与圆波导中对应模式的近似关系,以近似模式作为波导输入来计算包含的高频结构S11参数曲线,分析各模式的品质因数.三维粒子模拟结果显示,当TM_(02)模式的耦合阻抗优势明显时,束波作用点基本不受两端反射影响,输出的其他模式微波主要是由互作用模式转换而来;当耦合阻抗优势不明显时,品质因数的改变会影响束波相互作用,起振模式随之变化.各模式群速度接近时,谐振对工作模式的影响的实质是末端反射主导下的品质因数对模式的影响.品质因数和耦合阻抗对返波管工作模式的共同作用为在输出模式稳定的前提下优化输出功率、降低磁场提供了更大空间,使用多目标优化设计算法对相对论返波管进行优化,最终三维模拟得到的返波管输出功率达到534 MW,TM_(02)模式输出功率占比94.95%.

高功率微波器件2.5维通用粒子模拟软件——尤普

利用体积加权宏粒子模型,考虑了阴极形状的爆炸电子发射模型、散度校正完全匹配层边界等新型和改进型电磁粒子模拟算法模型,提高了粒子模拟算法的计算精度,并有效降低数值噪声。在此基础上开发出2.5维全电磁通用粒子模拟软件——尤普,可在x-y,z-r和r-φ3种坐标系下应用于高功率微波器件的2.5维数值模拟研究和结构设计。对相对论磁控管、磁绝缘线振荡器和虚阴极振荡器等高功率微波器件的模拟结果表明:尤普软件得到了正确的物理图像和物理规律。

基于频域电磁场的微波器件微放电阈值快速粒子模拟

提出了一种利用频域电磁场快速计算微波器件微放电阈值的粒子模拟方法.首先通过CST微波工作室频域求解器获得微波器件中频域电磁场分布,在微放电过程模拟时将其转换到时域,再采用Boris算法求解电磁场中的电子运动,然后判断电子是否与三角面片边界相交,进行二次电子发射处理.变化输入功率,经过系列粒子模拟后,根据电子数目随时间的变化曲线确定微放电阈值.采用该方法分别对平行平板和同轴传输线微波器件的微放电阈值进行模拟计算,并与CST粒子工作室的模拟结果进行对比.结果表明,两者获得的阈值基本一致,但本方法的计算效率提高了1—2个数量级.

高性能多功能超高真空金属二次电子发射特性测试平台

介绍了一套高性能多功能的超高真空金属二次电子发射特性测试平台。该平台包含了超高真空系统、测试系统、原位表面处理系统和控制与数据处理系统四个部分,实现了在10-8Pa的超高真空下准确测试金属材料的二次电子发射特性。该平台采用了偏压电流法和收集极法两种测试二次电子产额的方法,配置了全自动控制的双通道筒镜型电子能谱仪测试二次电子能谱,集成了氩离子清洗和热处理部件研究表面状况对二次电子发射特性的影响。在测试原理及功能介绍的基础上,展示了二次电子发射特性的典型测试结果。

高功率微波作用下介质窗表面电子运动2维仿真

建立了真空中高功率微波作用下介质窗表面电子运动2维仿真模型,充分考虑了微波电磁场及介质表面静电场等影响因素。通过对不同电子出射初始角度和微波场参数(电场幅值、频率及电子出射时电场相位)对电子运动状态影响的仿真分析,得到了二次电子倍增过程中电子在复合场下的运动轨迹、电子重新返回介质表面的撞击能量及返回时间等状态参数,获得了电子运动状态参数随电子出射角度和微波场参数的变化规律。研究发现:电子出射角度对其运动状态有显著影响,电子存在运动轨迹最大的某一出射角度,该角度下电子拥有最大的撞击能量;微波电场幅值的增加将使电子撞击能量增加,返回时间减小,微波电场相位的变化使电子的撞击能量和返回时间呈周期振荡,这从本质上解释了电子数量在二次电子倍增过程中以微波频率两倍周期振荡的原因;随着微波频率的增加电子将由简单的类抛物线运动转变为复杂的振荡运动。

基于临界电子密度的多载波微放电全局阈值分析

多载波微放电即发生在宽带、大功率真空无源微波部件中的二次电子倍增放电现象,是影响空间和加速器应用中无源微波部件长期可靠性的主要隐患.多载波微放电全局阈值功率的预测对于工作在真空环境中的微波部件至关重要,但迄今尚无有效方法进行上述阈值的准确分析.本文将微放电发生过程中二次电子分布区域等效为等离子体,通过在理论上建立微波部件的电磁特性和电子密度间的对应关系,提出了一种基于测试系统可检测水平的多载波微放电全局阈值功率分析方法.为了能够通过蒙特卡罗优化方法得到全局阈值,进一步基于电子加速的类半正弦等效,提出了微放电演化过程中电子数涨落的快速计算方法.基于以上两种方法得到的针对实际微波部件的全局阈值分析结果与实验结果相符合.不同于传统基于多载波信号功率分析的经验方法,本文基于临界电子密度判断依据和电子数涨落快速计算,为多载波微放电全局阈值的准确预测提供了一种高效的分析方法.

Vaughan二次电子发射模型的深入研究与拓展

当前国际上基于Vaughan二次电子模型的材料数据库十分丰富,且其数据均经过大量实验验证,具有很高的实验精度和可信度。为了将这些数据库融入到自主开发的电磁粒子联合模拟平台,完善和提高电磁粒子混合算法的计算精度,在对经典Vaughan模型做了深入研究的基础上,成功地推导出产生二次电子数目的计算方法。此外,为了使经典Vaughan二次电子发射理论更便捷和完整地应用到实际工程应用当中,还对二次电子出射能量以及二次电子出射角度的计算等实际问题做了进一步的拓展性研究。数值计算结果验证了拓展后Vaughan模型算法的准确性和鲁棒性。