一种引导自由电子透过固体的方法及固体结构与流程

技术特征：
1.一种引导自由电子透过固体的方法，其特征在于：所述固体的外表面具有相对的第一界面和第二界面，第一界面和第二界面之间具有多个空腔结构；所述方法包括：控制固体的第一界面接触自由电子；向固体施加电场，使得聚集在空腔结构的至少部分自由电子从第二界面逸出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括通过控制所述的第一界面或/和第二界面上的电荷分布，控制自由电子束透过区域的位置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括对所述固体进行微波辐射加热以增加自由电子的通量密度。4.一种引导自由电子透过固体的方法，其特征在于：所述固体的数量为至少两个，每个固体的外表面具有相对的第一界面和第二界面，第一界面和第二界面之间具有多个空腔结构；所述至少两个固体依次排列，除首个固体外的每个固体的第一界面均与前一个固体的第二界面保持相对；所述方法包括：控制每个固体的第一界面接触自由电子；向每个固体施加电场，使得聚集在空腔结构的至少部分自由电子从第二界面逸出。5.一种有利于自由电子透过的固体结构，其特征在于：所述固体结构的外表面具有引入自由电子的第一界面和自由电子逸出的第二界面；所述第一界面和第二界面相对，二者之间具有多个空腔结构；至少部分所述空腔结构内部设置有一个或多个具有尖锐凸起形状的电场集中结构。6.根据权利要求5所述的固体结构，其特征在于：第一界面和第二界面之间设有至少两层薄壁空腔构件；每层薄壁空腔构件均由多个空腔组成；空腔内部为稀薄气体环境或高真空环境。7.根据权利要求6所述的固体结构，其特征在于：相邻两层薄壁空腔构件所包含的空腔中，仅有一部分相互连通而不能全部地彼此连通。8.根据权利要求6所述的固体结构，其特征在于：相邻两层薄壁空腔构件所包含的空腔结构全部联通而形成通孔结构。9.根据权利要求5所述的固体结构，其特征在于：所述电场集中结构是准零维纳米结构、准一维纳米结构或准二维纳米结构。10.根据权利要求9所述的固体结构，其特征在于：部分所述电场集中结构的表面设置有一种或多种电场增强准零维纳米结构、准一维纳米结构或准二维纳米结构。11.根据权利要求9所述的固体结构，其特征在于：所述第二界面与气体或真空环境相邻的一侧，设置一种或多种电场增强准零维纳米结
构、准一维纳米结构或准二维纳米结构。12.根据权利要求9所述的固体结构，其特征在于：所述准零维纳米结构为空心的或者实心的球状、椭球状、多面体状、片状、分形结晶状和针状的颗粒。13.根据权利要求9所述的固体结构，其特征在于：所述准一维纳米结构为针状、柱状、棱台状、管状、线状或片状。14.根据权利要求9所述的固体结构，其特征在于：所述准二维纳米结构为单层或多层金属或半导体二维纳米材料。15.根据权利要求5所述的固体结构，其特征在于：第一界面和/或第二界面的表面周期性的设置有金属或半导体孤岛状结构。16.根据权利要求5所述的固体结构，其特征在于：所述第一界面和/或第二界面具有周期性的孔状或柱状结构。17.根据权利要求5所述的固体结构，其特征在于：所述电场集中结构的尖锐凸起形状的尖端垂直地指向第二界面。18.根据权利要求5所述的固体结构，其特征在于：至少部分电场集中结构与第一界面和第二界面的电导处于导体或者半导体的水平。19.根据权利要求5所述的固体结构，其特征在于：第二界面邻近区域设有用于控制出射电子束轮廓形状的图形化阻挡结构。20.根据权利要求19所述的固体结构，其特征在于：所述阻挡结构位于第二界面与最靠近第二界面的一层薄壁空腔构件之间。21.根据权利要求19所述的固体结构，其特征在于：所述阻挡结构为环形。22.根据权利要求19所述的固体结构，其特征在于：所述阻挡结构为环形陶瓷封装体。23.引导自由电子透过如权利要求5
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22任一项所述固体结构的方法，其特征在于，包括：控制第一界面接触自由电子，引导自由电子与第一界面相互作用，使得至少部分电场集中结构捕获并聚集自由电子，当自由电子密度足够高以至其所产生的表面电场达到或大于场致发射阈值，产生场致发射；使得场致发射的自由电子能够至少部分地被其他电场集中结构所捕获而不断聚集，从而形成分级、分层或分区域的获取、聚集、场致发射过程，使得自由电子从第二界面逸出。24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：还包括提高所述的电场集中结构的温度，产生热电子发射的过程以增加自由电子的通量密度。25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：采用微波辐射加热的方式提高所述的电场集中结构的温度。26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：还包括在所述第二界面邻近区域设置空间电场调节电极，空间电场调节电极与第二界面不接触，调节固体结构内部和第二界面以外区域内的电场分布，控制自由电子透过的区
域位置或/和调节自由电子的平均能量及能量的空间分布。27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：还包括在所述第一界面、第二界面以外的其他界面附近区域设置电场调节结构，用以通过电场调节结构上的电势实现控制自由电子透过第二界面的位置。28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：还包括通过控制所述第一界面或/和第二界面上的电荷分布，控制自由电子束透过区域的位置。29.引导自由电子透过如权利要求5
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22任一项所述固体结构的方法，其特征在于：所述固体结构包括第一固体结构和第二固体结构，所述第二固体结构的第一界面与第一固体结构的第二界面保持相对；所述方法包括：控制所述第一固体结构的第一界面接触自由电子；引导自由电子与第一固体结构的第一界面相互作用，使得至少部分电场集中结构捕获并聚集自由电子，当自由电子密度足够高以至其所产生的表面电场达到或大于场致发射阈值，产生场致发射；使得场致发射的自由电子能够至少部分地被其他电场集中结构所捕获而不断聚集，从而形成分级、分层或分区域的获取、聚集、场致发射过程，使得自由电子从第一固体结构的第二界面逸出；控制所述第二固体结构的第一界面接触从所述第一固体结构的第二界面逸出的自由电子；引导自由电子与第二固体结构的第一界面相互作用，使得至少部分电场集中结构捕获并聚集自由电子，当自由电子密度足够高以至其所产生的表面电场达到或大于场致发射阈值，产生场致发射；使得场致发射的自由电子能够至少部分地被其他电场集中结构所捕获而不断聚集，从而形成分级、分层或分区域的获取、聚集、场致发射过程，使得自由电子从第二固体结构的第二界面逸出。

技术总结
本发明公开一种引导自由电子透过固体的方法及结构。所述固体的外表面具有相对的第一界面和第二界面，第一界面和第二界面之间具有多个空腔结构；所述方法包括：控制固体的第一界面接触自由电子；向固体施加电场，使得聚集在空腔结构的至少部分自由电子从第二界面逸出。本发明能够使得能量范围更宽的自由电子透过，大大提高电子束技术的应用范围，解决传统电子束技术普遍存在的高能电子的韧致辐射等副产物问题。本发明所提出方法的实现结构利于通过微电子加工技术或激光技术、微纳增材制造技术加工实现，对集成度要求高的电子束系统应用适应性强。用适应性强。用适应性强。


技术研发人员：侯中宇 丁衡高 房茂波
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2021.08.16
技术公布日：2021/11/17