This article presents a field-emission electron gun intended for use in a MEMS (microelectromechanical system) electron microscope. Its fabrication process follows the technology of a miniature device under development built from silicon electrodes and glass spacers. The electron gun contains a silicon cathode with a single very sharp protrusion and a bundle of disordered CNTs deposited on its end (called a sharp silicon/CNT cathode). It was tested in diode and triode configurations. For the diode configuration, a low threshold voltage <1000 V and a high emission current that reached 90 µA were obtained. After 30 min of operation at 900 V, the emission current decreased to 1.6 µA and was stable for at least 40 min, with RMS fluctuation in the anode current lower than 10%. The electron beam spot of the source was observed on the phosphor screen. In the diode configuration, the spot size was the same as the emission area (~10 µm), which is a satisfactory result. In the triode configuration, an extraction electrode (gate) control function was reported. The gate limited the emission current and elongated the lifetime of the gun when the current limit was set. Moreover, the electron beam current fluctuations at the anode could be reduced to ~1% by using a feedback loop circuit that controls the gate voltage, regulating the anode current. The developed sharp silicon/CNT cathodes were used to test the MEMS electron source demonstrator, a key component of the MEMS electron microscope, operating under atmospheric pressure conditions. Cathodoluminescence of the phosphor layer (ZnS:Ag) deposited on the thin silicon nitride membrane (anode) was observed.

本文介绍了一种用于 MEMS（微机电系统）电子显微镜的场发射电子枪。其制造过程遵循正在开发的微型设备技术，该技术由硅电极和玻璃隔板构成。电子枪包含一个带有一个非常尖锐的突起的硅阴极和一束沉积在其末端的无序碳纳米管（称为尖锐的硅/碳纳米管阴极）。它在二极管和三极管配置中进行了测试。对于二极管配置，获得了 <1000 V 的低阈值电压和达到 90 µA 的高发射电流。在 900 V 下运行 30 分钟后，发射电流降至 1.6 µA 并稳定至少 40 分钟，阳极电流的 RMS 波动低于 10%。在荧光屏上观察到源的电子束点。在二极管配置中，光斑尺寸与发射面积相同 (~10 µm)，这是一个令人满意的结果。在三极管配置中，报告了提取电极（栅极）控制功能。当设置电流限制时，栅极限制了发射电流并延长了枪的寿命。此外，通过使用控制栅极电压、调节阳极电流的反馈回路电路，阳极上的电子束电流波动可以降低到约 1%。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。光斑尺寸与发射面积相同 (~10 µm)，这是一个令人满意的结果。在三极管配置中，报告了提取电极（栅极）控制功能。当设置电流限制时，栅极限制了发射电流并延长了枪的寿命。此外，通过使用控制栅极电压、调节阳极电流的反馈回路电路，阳极上的电子束电流波动可以降低到约 1%。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。光斑尺寸与发射面积相同 (~10 µm)，这是一个令人满意的结果。在三极管配置中，报告了提取电极（栅极）控制功能。当设置电流限制时，栅极限制了发射电流并延长了枪的寿命。此外，通过使用控制栅极电压、调节阳极电流的反馈回路电路，阳极上的电子束电流波动可以降低到约 1%。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。在三极管配置中，报告了提取电极（栅极）控制功能。当设置电流限制时，栅极限制了发射电流并延长了枪的寿命。此外，通过使用控制栅极电压、调节阳极电流的反馈回路电路，阳极上的电子束电流波动可以降低到约 1%。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。在三极管配置中，报告了提取电极（栅极）控制功能。当设置电流限制时，栅极限制了发射电流并延长了枪的寿命。此外，通过使用控制栅极电压、调节阳极电流的反馈回路电路，阳极上的电子束电流波动可以降低到约 1%。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。当设置电流限制时，栅极限制了发射电流并延长了枪的寿命。此外，通过使用控制栅极电压、调节阳极电流的反馈回路电路，阳极上的电子束电流波动可以降低到约 1%。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。当设置电流限制时，栅极限制了发射电流并延长了枪的寿命。此外，通过使用控制栅极电压、调节阳极电流的反馈回路电路，阳极上的电子束电流波动可以降低到约 1%。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。开发的尖锐硅/碳纳米管阴极用于测试 MEMS 电子源演示器，它是 MEMS 电子显微镜的关键组件，在大气压条件下运行。观察到沉积在氮化硅薄膜（阳极）上的磷光体层（ZnS:Ag）的阴极发光。