4-54  铁电体电子发射特性的实验

丁恩燕  孟凡宝  陈洪斌  陆  巍  陈志刚

铁电体在高压脉冲或者激光脉冲的激励下发射电子。铁电体的极化方向处在预极化（通过外部的条件，改变畴方向，使畴沿着一定的方向）方向，正、负束缚电荷等量的分布于与极矩相对的两表面上，这些电荷与外部空间的粉尘等所带的电荷中和，宏观上不表现出带电性；在负的束缚电荷聚集的表面加负高压脉冲，这时负的束缚电荷与负的自由电荷互相排斥，使畴的极化方向发生反转。反转后负的束缚电荷与负的自由电荷之间形成很强的电场，可以达到GV/cm，在这一强电场作用下，负的自由电荷被排斥，离开铁电体表面，形成电子发射。

实验中采用的铁电体试片的外径f25，厚度为4 mm。厚度为1 mm的铜电极外径为f13，栅极的条纹宽度和间隔都为400 mm。负高压脉冲通过75 W的同轴电缆加到铁电体试片的实极上，铁电体试片的栅极接地。铁电体发射的电子束用石墨收集极进行收集。铁电体试片和石墨收集极都放在一个有机玻璃真空腔内。

实验中测得的电流密度为31 A/cm²。理论上铁电体发射的电流密度为170 A/cm²。分析实验值比理论值小很多的原因主要有以下两个方面：在实验中用铜网和铝箔进行屏蔽，吸收了一部分电子。有一部分电子返回到铁电体试片的栅极，而没有到达石墨收集极。

结论：采用具有屏蔽作用的测试电路和反射比较小的收集极，测得电子发射的电流密度为31 A/cm²。在激励电场比较低的情况下，发射电流密度随激励电场的增加缓慢增加，近似成线性关系。当激励电场增加到一定程度的时候，发射电流密度随激励电场的增加急剧地增加，这时铁电体试片的沿面已经击穿，也可以引起场致发射，对铁电体试片的栅极有非常大的破坏作用，严重影响了铁电体试片的寿命，但是太低的激励电场，铁电体试片没有电子发射。通过实验得出激励电场强度应控制在7~15 kV/cm。