[发明专利]一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构

说明书

本发明提供一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，所述结构由NEA GaN电子源，半导体制冷片，控制系统，温度反馈组件(热电偶)组成；所述控制系统通过导线连接半导体制冷片，并且使用法兰和铜垫圈加以密封；所述半导体制冷片通过铟焊与NEA GaN电子源相连，铟焊在超高真空中能增加半导体晶片和GaN材料之间的热传导；所述热电偶贴合在NEA GaN电子源上；所述NEA GaN电子源与半导体制冷片和热电偶相连接。本结构通过半导体片制冷可使工作在超高真空系统下的NEA GaN电子源温度不至于过高，有效地提高了NEA GaN电子源的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种组件结构，具体涉及一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构。

背景技术

光阴极由激光控制，可以产生超短、高峰值亮度、低发射度的高品质电子束，相比传统的热发射和场致发射电子源，光阴极是非常理想的电子源。III-V族半导体材料拥有直接禁带能级、光吸收率高、电子扩散长度大、可获得负电子亲和势(Negative ElectronAffinity,NEA)表面等特性，是作为光阴极的良好材料。

目前实用的NEA光电阴极，在可见光波段利用的是闪锌矿GaAs材料，研制的NEAGaAs光电阴极已经应用在微光像增强器和EBAPS(电子轰击有源像素传感器)中，然而，自1970s至今，经过半个世纪的研究与实践，NEA GaAs光阴极的性能已经接近其极限，很难进一步提高其量子效率和寿命。

GaN作为第三代半导体材料，具有耐腐蚀、耐高温、抗辐射等优良特性，且具有电离度高，带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点。NEA GaN光阴极具有量子效率高、暗发射小、物理化学性质稳定、发射电子能量分布集中等优点，是高性能的紫外光阴极。

III-V族半导体电子源运行时的激光光照功率密度高，在较小空间内产生热量，形成较高热通量，而温度过高会破坏表面的Cs/O激活层，甚至会对体材料造成损坏，大大降低其使用寿命。

珀耳帖效应是指当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。基于珀耳帖效应可以进行半导体制冷，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。

发明内容

为了在一定程度上克服相关技术中存在的问题，即NEA GaN电子源运行时温度过高易损坏Cs/O激活层和GaN体材料，本申请提供一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，通过半导体制冷的方式降低NEA GaN电子源工作时的温度，保护表面的Cs/O激活层和GaN体材料，提高其使用寿命。

本发明的内容是采用以下技术方案实现的：

一种超高真空系统下的制冷型NEA GaN电子源组件结构，其改进之处在于，所述装置包括NEA GaN电子源，半导体制冷片，控制系统，温度反馈组件(热电偶)；所述控制系统通过导线连接半导体制冷片，并且使用法兰和铜垫圈加以密封；所述半导体片通过铟焊与NEAGaN电子源相连，在超高真空中能增加半导体晶片和GaN材料之间的热传导；所述热电偶贴合在NEA GaN电子源上；所述NEA GaN电子源与半导体制冷片和热电偶相连接。

进一步地，所述半导体制冷片吸热使温度下降。

进一步地，所述NEA GaN电子源上铟焊了半导体制冷片和热电偶。

进一步地，所述热电偶通过锡铅焊与NEA GaN电子源贴合连接。

进一步地，所述控制系统通过导线与半导体制冷片相连，改变电流大小来控制半导体制冷片。

进一步地，所述装置工作功率范围为5W至100W。