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現在、通信や計測技術の基盤となるミリ波帯からサブミリ波帯における電磁波源や増幅器の開発には大きな壁がある。本研究ではそれを克服する手段として、電子ビームデバイスに注目し、その小型化、高性能化において最大の課題となる電子源の改良を目指して研究を行った。電子ビームの生成手段として、小型化に有利な微小電子源としてカーボンナノチューブ(cnt)を用いた電界放射型冷陰極を採用し、その高輝度化を目指して、エミッタの試作と動作試験を行った。
従来の微小電子源においては、比較的小電流やミクロな電子源単体の動作特性に注目した研究が主であり、マクロなサイズでエミッタを形成して大電流を得ることを目指した研究が少ないため、まず最初は、比較的大面積のエミッティングエリアを有するエミッタを試作し、その動作特性を調べることとした。その結果、cntフィラメントの形状や配置の方向の一様性がない限り電流密度が大きな放射電子は得られないということが確認された。
最初の試作と動作試験の結果を基に、新たに改良型のエミッタを試作し動作試験を行った。その結果、電流密度は大幅に改善されたが、放射電子の一様性については問題が残った。ただし、その原因となるのがエミッティングエリアの外縁部における電界の集中とcntの不均一性が原因となっている可能性が明らかとなった。この問題に対しては、前節で述べたように、抑制電極を付加するなどして外縁部からの放射電子を抑制することによって、エミッタの動作特性を改善することは十分可能である。
以上のように、試作されたエミッタの動作特性は未だ十分なものではないが、上記の点を改良することで、より高輝度のエミッタを実現することは可能であると思われる。
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