中山大学光学工程研究生课件00

光学工程，作为应用物理学的一个分支，涉及光学系统的设计、分析和制造，这些系统在各种领域都有着广泛的应用，例如在光通信、成像、激光技术、医疗设备、光学测量等领域。本课件内容涉及真空微电子学和真空纳电子学的研究，这一领域探讨在极低压力环境下，微电子和纳电子器件的设计、制造和应用。 真空微电子学研究简介部分提出了课程的主要内容，包括了场致电子发射基本理论、基本研究手段、研究历史、冷阴极材料研究历史、研究现状、应用举例和研究展望。场致电子发射（Field Emission，FE）是一种在强电场作用下，电子从固体表面逸出进入真空的现象，这是真空微电子学中的一个基本概念，对于真空器件的设计至关重要。 研究手段部分可能涉及实验技术和理论分析方法，例如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等用于观察材料表面和内部结构的技术，以及模拟和计算方法，如蒙特卡罗模拟、有限元分析等，用于研究电子运动和器件性能。 研究历史章节可能会回顾场致电子发射的早期研究，以及在20世纪末期兴起的纳米技术对冷阴极材料和真空微电子学的影响。 在研究现状部分，会探讨当前的研究热点和技术难点，例如通过纳米技术改善冷阴极材料性能，提高电子发射效率，降低操作电压等。 应用举例则可能展示真空微电子学在实际中的应用，如在显示器、微波功率管、电子/离子源、电子束光刻、电子束存储和激励设备中的应用。 研究展望部分则会对该领域未来发展趋势进行预测，例如可能探讨新型真空微电子器件在高密度应用中的前景，以及与传统半导体器件的竞争力。 内容中提到的现代器件中电子的产生途径和传输介质，揭示了电子在半导体器件和真空器件中的不同行为。半导体器件依赖于过剩载流子的电注入和光激发产生电子，而真空器件则依赖于阴极表面的电子发射。真空微电子学与固体电子学相比，具有不同的特性，例如电流密度、工作电压、结构、电子传输介质、电子传输规律等都有显著差异。 电子在固体中的传输和散射、固体与真空的界面、电子在真空中的运动规律等基本物理问题，是真空微电子学研究的基础。例如，电子在固体中传播时，会受到界面效应的影响，并且会以随机方式运动，而在真空器件中，电子可以达到几乎直线运动（弹道运动），这样的传输特性使得真空器件在某些应用上具有优势。 在应用领域，真空微电子器件与固态器件相比，在截止频率、功率、辐射硬度、温度灵敏度和制造材料方面都表现出不同的性能。例如，真空微电子器件具有更宽的温度操作范围和更高的截止频率，这使得它们在微波功率管、电子/离子源等应用中有很大优势。 总体而言，真空微电子学和真空纳电子学的研究，对于实现高性能电子器件具有重要意义。随着材料科学、纳米技术和微电子学的发展，该领域有着广阔的发展前景。然而，目前在高温条件下器件的稳定性、大规模制造和成本控制等方面仍面临挑战。因此，研究人员需要致力于解决这些问题，才能实现真空微电子学和真空纳电子学器件在商业和技术领域的广泛应用。