2022年10月14日下午14:00，北京大学电子学院前沿学术论坛第36期讲座通过网络成功举办。中山大学电子信息工程学院陈军教授以“大面积冷阴极及其器件研究”为主题进行了精彩演讲。本次报告由电子学院杜朝海研究员主持，百余名师生通过线上会议参加了本次讲座。

陈教授首先回顾了电子器件及冷阴极技术的研究背景和发展历程，详细阐述了基于场发射冷阴极X射线管的工作原理，对比了冷、热阴极的特点，展现了冷阴极相较于热阴极在X射线管应用的优势，如电流密度高、开关速度快、功耗低等优点。相关优势说明冷阴极技术的先进性。陈教授还进一步阐述了基于场发射冷阴极所面临的技术难题，如对强电场依赖性、电场屏蔽作用、材料热效应等。

接下来，陈教授对冷阴极器件的发射电流及发射稳定性等方面进行详细分

析。冷阴极可应用于固态电子器件和热阴极所不能解决的关键领域，通过向小型化、集成化以及大面积器件等方向发展，推动冷阴极技术的创新应用。陈教授还介绍了应用冷阴极技术的诸多场景，重点指出将实现冷阴极技术在X射线源方面的应用意义重大。传统的热阴极X射线源采用热电子轰击金属靶，功耗较高，预热时间长，寿命不长，散热困难，体积较大。若使用冷阴极制造射线源就能实现强度可控、能散窄、微焦斑、快速开关、快速成像、低功耗、小型化、长寿命等优势。行业里面基于冷阴极X射线管已经实现原理性展示和应用。

为了改善医疗用X射线成像设备的综合性能，采用阵列式冷阴极实现静止式CT扫描，有望达到更高的成像精度。平板冷阴极源分辨率也实现了从厘米级提升到微米级别的进步，通过有选择性的区域成像，可显著降低成像所需的总体剂量，能解决传统X射线源在散热等方面的挑战。通过阵列式的大面积X射线源技术，使得传统X源从分立走向大面积集成，实现空间位置高定向发射，发光时间可控，照射时间精确可调。

随后，陈教授讲解了平板X射线源的制备以及材料选择、接触非均匀性以及环形场分布等原因，深入讨论发展高水平X射线源的关键工艺技术。在采用平面栅极集成过程中，基于ZnO纳米线材料与基底接触的非均匀性在极大程度上影响电子发射均匀性。通过优化工艺，实现将阴极和纳米线排布在栅极结构的最上层，由此避免了后续加工步骤对ZnO纳米发射材料的影响，实现高可靠性和大面积均匀性。

最后，陈教授展示了其团队发展的多组平板X射线源在成像方面应用的高水平成果。发展出多种尺寸的ZnO冷阴极X射线源，并实现快速成像和高分辨率。陈教授还展示了采用封装平板X射线源的成像系统，通过先进算法解决光源混叠所带来成像模糊问题。陈教授还表示大面积冷阴X射线源具有常规热阴极X射线源所不具备的优点，冷阴极技术将引起X射线成像技术带来一次变革性飞跃。当前实验室所研发的全封装平板X射线源功能还相对有限，期待未来有更多的研究学者加入该行业，推动相关技术和应用的进步。

在提问环节，参加讲座的师生与陈教授进行了进一步的交流。陈教授表示纳米场发射器件的集成可以借鉴目前高度成熟的晶体管集成电路技术，以大幅提升纳米场发射冷阴极器的集成度和功能复杂性。通过精准调控纳米冷阴极器件的单元结构和参数也是实现器件先进性能的关键。就目前而言，冷阴极技术在某些方面已经成熟度，正逐步商业化，但还未达到能直接应用于CT的程度。期待未来应用于CT的平板X射线源能通过技术创新、器件改进、算法优化等进一步提升可靠性和成像精度，争取临床医学应用提供更先进的诊断方案，该领域大有可为。