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本研究課題は次世代ワイヤレス通信及び各種計測目的に用いるミリ波からサブミリ波帯における広帯域、高効率の超小型高周波電子ビームデバイスの開発を目的とする。本研究者らは以前から、高効率性、高周波数化の容易さなどの特長を有するペニオトロンと呼ばれる電子管の優れた特性を理論的、実験的に実証してきた。本研究では微小電子源によって構成されたカソードからの電子ビームを用いたコンパクトかつ高性能な電磁波源の実現を目指し、そのために必要な電子ビーム源の開発を行う。
研究方法としては、カーボンナノチューブ等による微小陰極を用いてエミッタを形成し、その特性を評価することによって上記の目的への適用可能性を検証する。前年度においては、設計寸法に従ってエミッタを試作し、その放射特性の測定を行った。試作したエミッタの寸法形状は円盤状の平面基板上に直径13mm幅0.5mmのリング状にカーボンナノチューブを成長させたものである。これに真空中において蛍光板と対置し、13kVの電圧を印加したところ。50-100nAの放射電流が観測された。しかし、放射電子の空間分布は一様性に欠けており、リング状の電子ビームを形成するにはいたらなかった。本年度においては、エミッタの形状寸法等を検討し、再度エミッタを試作、放射特性を測定した。その結果を基に、放射電子ビームの収束方法、収束に必要な電界分布を実現可能な電極形状の検討、高周波数電磁波源その他の目的へのエミッタの適用可能性の検討を行った。収束方法として、エミッタのミクロ構造と同程度のサイズの微小な集束電極をエミッタ表面に作りこむ方法と、エミッタ周囲にマクロなサイズの集束電極を配置する方法を検討した。その結果、双方共にビームの収束が可能であることを確認した。
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