热阴极表面微观发射结构的密度泛函研究

经过一百多年的发展,对热阴极发射水平的提升和发射机理的研究方兴未艾.研究人员致力于寻找低功函数的发射材料来提升阴极发射能力,并采用多种表面分析方法对热阴极表面进行表征,以解释热电子发射的工作机理.B型扩散阴极由于Ba-O偶极层的存在降低了钨表面的功函数,并增强了电子发射;在B型阴极中引入过渡金属Os,Ir,Re等得到具有较低功函数,较高发射能力的M型阴极;含Sc扩散阴极因具有更低的功函数和更高的发射电流密度引起广泛关注.普遍认为这是由于阴极表面形成的低功函数结构引起的.本文基于密度泛函理论,对B型阴极、M型阴极、钪型阴极表面的微观发射结构进行了建模计算,结果表明Ba原子覆盖度影响阴极表面功函数的变化;过渡金属Os的引入会进一步降低表面功函数;随着Sc的掺杂,表面存在形成半导体属性层的趋势;并对不同表面结构的功函数进行加权平均求解,得到了计算阴极表观功函数的计算方程.