多层真空电子装置及制造方法与流程

多层真空电子装置及制造方法
1.相关申请及优先权要求的声明
2.本技术要求基于以下内容的优先权权益：(1)以发明人diana gamzina daugherty的名义于2020年11月15日提交且对其一般占有的标题为“multil-ayered multi-material manufacturing process for vacuum electronic devices”的美国临时专利申请序列号63/198,817，其内容特此通过引用并入，如同在本文中完整阐述一样；以及(2)以发明人diana gamzina daugherty的名义于2020年11月21日提交且对其一般占有的标题为“electronic magneto-electrostatic sensing,focusing,and steering of electron beams in microwave,millimeter wave,and near-terahertz vacuum electronic devices”的美国临时专利申请序列号63/198,915，其内容特此通过引用并入，如同在本文中完整阐述一样。
3.本技术可视为与2021年11月12日提交的另一件专利申请相关：以发明人diana gamzina daugherty的名义且对其一般占有的美国专利申请序列号17/525,698且标题为“magneto-electrostatic sensing,focusing,and steering of electron beams in vacuum electron devices”，该申请进而要求基于以下内容的优先权权益：(1)以发明人diana gamzina daugherty的名义于2020年11月15日提交且对其一般占有的标题为“multi-layered multi-material manufacturing process for vacuum electronic devices”的美国临时专利申请序列号63/198,817；以及(2)以发明人diana gamzina daugherty的名义于2020年11月21日提交且对其一般占有的标题为“electronic magneto-electrostatic sensing,focusing,and steering of electron beams in microwave,millimeter wave,and near-terahertz vacuum electronic devices”的美国临时专利申请序列号63/198,915。美国专利申请序列号17/525,698的内容特此通过引用并入，如同在本文中完整阐述一样。
技术领域
4.本公开总体上涉及一种用于制造真空电子装置(ved)的制造方法，所述真空电子装置具有多个二维的各种材料层，多个二维的各种材料层结合在一起以同时形成一个或多个ved。二维材料层被机械加工成包括装置工作所需的特征，使得当组装和结合成三维结构时，形成三维特征。二维层结合在一起成为夹心状结构。制造方法能够并入ved制造所需的金属材料、磁性材料、陶瓷材料和其它材料，同时维持所需的位置精度和每批多装置的能力。


背景技术：

5.真空电子装置(ved)在真空环境中工作，并利用一个或多个电子束与在ved的相互作用区中生成的电磁场之间的相互作用。ved的构造需要将金属材料、陶瓷材料、磁性材料和其它材料并入到单个组件中，该组件可保持在真空中或封闭在真空中，以便不阻碍电子从真空电子装置的阴极(电子发射器)传输到收集器(电子接收器)。真空区也被称为真空室
或真空腔或真空隧道(电子束隧道)或rf相互作用区，并且是电子束(一个或多个)与电磁波(一个或多个)之间发生相互作用之处。现有技术中这种ved的示例包括(但不限于)粒子加速器、速调管、陀螺振子、回转速调管、回转放大器、行波管(twt)、回转twt、返波振荡器、感应输出管(iots)、磁控管、交叉场放大器、自由电子激光器、ubitrons、微波激射器、二极管、三极管、四极管、五极管等。某些气体离子激光器，尽管不是严格地在真空下工作，而是在非常低的压力下工作，并且通常缺少rf相互作用区，但却是以非常相同的方式工作。
6.现有的ved大体上是采用单独的二维和三维子部件，将这些子部件形成组件，将该组件结合至外壳以提供结构支撑和真空外壳，然后进行常规真空加工和密封程序以产生功能性ved来制造的。根据装置的复杂性，此类程序可能会花费数周或更久来完成单个装置，并且要用大量高超技能的手工劳动和大的洁净室来执行这些程序。如今，随着从地球站到卫星再到蜂窝塔以及本地wifi系统和地面骨架系统的无线高带宽数据通信需求激增，存在对大量低成本此类装置的巨大需求。


技术实现要素：

7.本文所述主题总体上涉及利用平行材料片制造真空电子装置(ved)，所述平行材料片被组装成堆叠物(stack)并结合在一起以形成三维ved。这种方法的一个优点是，可以相同的结构同时制造出多个ved，并且在完成时可简单地割离以供单独使用，就像半导体装置制造中通常所做的那样，因此显著降低了每个装置的制造成本。
8.前述综述为概述，因此可能包含了细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将会理解，该综述仅仅是说明性的而不旨在以任何方式进行限制。
附图说明
9.并入本说明书并构成其部分的附图示出了一个或多个示例性实施方式，并与这些示例性实施方式的描述一起用于说明本发明的原理和实施方案。
10.在附图中：
11.图1是根据一个实施方式的ved用多层多材料组件的分解立体图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
12.图2是根据另一个实施方式的ved用多层多材料组件的分解立体图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层以及绝缘体层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
13.图3是ved用多层多材料组件的透明截面图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
14.图4是三重(a trio of)ved用多层多材料组件的俯视图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
15.图5是沿图4中的线5-5截取的截面图，示出了ved用单个多层多材料组件的内部结构，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
16.图6是三重ved用多层多材料组件的俯视图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
17.图7是沿图6中的线7-7截取的截面图，示出了ved用单个多层多材料组件的内部结构，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
18.图8是三重ved用多层多材料组件的俯视图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。此视图是在切割或以其它方式在基材组件与单独的ved之间创建间隙之后显示的。
19.图9是沿图8中的线9-9截取的截面图，示出了ved用单个多层多材料组件的内部结构，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
20.图10是示出根据本发明实施方式的用于制造真空电子装置的过程或方法的流程图。
具体实施方式
21.本文在诸如twt(通常用于高带宽数据通信系统中的rf信号放大)等ved的背景下描述了示例性实施方式。本领域普通技术人员将认识到以下描述仅仅是说明性的而不旨在以任何方式进行限制。受益于本公开的此类技术人员他们将容易想到其它实施方式。现在将详细参考如附图中所示的对示例性实施方式的实施。在整个附图和以下描述中，将尽可能使用相同的附图标记来指代相同或相似的项。
22.为清楚起见，未显示和描述本文所述实施方案的所有常规特征。当然，应当理解，在任何这种实际实施方案的开发中，必须做出许多特定于实施方案的决定，以便实现开发者的特定目标，比如符合与应用相关和商业相关的约束，并且这些特定目标将会因实施方案的不同和开发者的不同而有所不同。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这仍然是常规地从事工程。
23.本文对“一种实施方式”或“一个实施方式”或者“一种实施方案”或“一个实施方案”等的提及是指结合示例性实施方式所描述的特定特征、结构、部分、功能或特性可被包括在至少一种示例性实施方式中。在本说明书中不同地方出现的诸如“在一种实施方式中”或“在一种实施方案中”等短语不一定都是指同一实施方式或实施方案，也不一定是与其它实施方式互斥的单独和可选的实施方式。
24.根据本公开，可使用各种技术实施本文所述的部件和方法步骤而不背离本文所述发明构思的范围和精神。
25.此处描述的内容包括本发明的实施方式的示例。当然，不可能为了描述所要求保护的主题而描述部件或方法的每一种能想到的组合，但是应当理解，本发明的许多进一步的组合和排列都是可能的。因此，所要求保护的主题旨在涵盖所有这些落入所附权利要求精神和范围内的变更、修改和变型。此外，对本主题公开的所示实施方式的以上描述，包括摘要中所描述的内容，并不旨在穷举或将所公开的实施方式限制为所公开的精确形式。尽管为了说明的目的，在本文描述了具体的实施方式、示例和实施方案，但是相关领域技术人员能够认识到，在此类实施方式和示例的范围内，各种修改都是可能的。
26.具体地且对于上述部件、装置、系统等所执行的各种功能而言，除非另有指示，否则用于描述此类部件的术语旨在对应于执行所述部件的指定功能的任何部件(例如，功能
等同物)，即使在结构上不等同于执行所要求保护主题的本文所示示例性方面的功能的所公开的结构。
27.此外，虽然本发明的特定特征可能仅关于几种实施方案中的一种进行了公开，但这种特征可与其它实施方案中的一种或多种其它特征组合，这对于任何给定或特定的应用而言都可能是期望和有利的。此外，就详细描述或权利要求中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”及其变体以及其它类似词语而言，这些术语旨在以类似于作为开放过渡词的术语“包含”的方式包含，而不排除任何另外或其它的要素。
28.此外，本文中使用的词语“示例”或“示例性”是指充当示例、实例或说明。本文描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为优选于或优于其它方面或设计。确切地说，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体的方式呈现构思。如本技术中所用，术语“或”旨在表示包含性的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有指定或从上下文中清楚，否则“x采用a或b”意在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果x采用a；x采用b；或者x采用a和b两者，则在任何前述情况下都满足“x采用a或b”。此外，在本技术和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被解释为表示“一个或多个”，除非另有指定或从上下文中清楚是指向单数形式的。
29.在附图中，当多于一张附图中使用插图编号或参考符号时，其旨在指代相同或相似的部分、部件或步骤，除非本公开中明确没有这样的意图。
30.本文所述的装置和方法可用于利用笔束(pencil beams)、片束(sheet beams)、矩形束、椭圆形束、空心束、分布束(distributed beams)和多束(multiple beams)的ved。
31.尽管下文大部分的描述是关于按照从电子束下方到电子束上方的层的方式构建ved，其中板平行于电子束排列，但也考虑到在本文的教导下以相对直接的方式正交于电子束来构建此类装置。如果需要，这种装置也可与电子束成任意角度来构造，例如，在分布束装置中。
32.虽然本发明的一个主要益处是能够允许在一个批次中同时制造多个ved，然后将其切割成独立的部件，但是使用本发明制造单个原型装置也被证明比现有技术更具成本效益。
33.一般地，磁体用于在ved中提供至少某些电子束成形和瞄准功能。如果电子束没有被适当地从阴极引导到收集器，则它可能会撞击到ved结构的某些其它部分，导致损坏和污染真空区域。并入各种磁性材料类型的能力有益于ved的组装。海尔贝克(hallbach)阵列或四极阵列常被用于聚焦电子束，如同螺线管被部署在距电子束一定距离其周围那样。本发明的另一个主要益处是它能够针对给定的磁体(电磁螺线管或固定式的)在电子束处提供更高强度的磁场，因为本发明允许磁体更靠近电子束而不用将它们放置在真空室内。由于来自磁体的磁场随着距磁体距离的平方而减小，所以借助于本发明，磁体可更加靠近，因而变得更小。可借助实际磁体以及磁体与磁敏感材料的组合来执行磁性转向(magnetic steering)，磁敏感材料与磁体一起在ved内建立期望的磁场以适当地使电子束转向。因为磁性材料和/或含铁与含镍材料不是良好的电导体，所以电磁电路一般由像铜(或用于螺旋型装置的钨)之类的材料制成，从而将聚焦结构移动得距电子束更远。磁体和/或含铁与含镍材料可电镀有高导电率材料如铜，并用于减轻该问题，然而，这种布置会对ved产生潜在的真空纯度问题，因为这种材料在ved中会随着时间而退化。可以在真空外壳内部使用具有
高质量镀镍的真空双熔铁。在大多数情况下，诸如smco和nbfeb的永磁材料必须被添加到真空外壳外部(因为将永磁体加热到其居里点以上会导致其失去磁性)，并且使用低温结合技术(粘合剂或固态超声波)来将此类材料固定就位。
34.在一个实施方式中，可将磁体添加到本发明的电路中，如下所示。为了联结铜片以创建twt电路(例如)，每个片将被溅射涂覆有几百纳米厚的金层或银层，然后在大约1000摄氏度的氢气炉中用大约50磅的重量或者在将这些层固定就位的夹具中将其结合至相邻层。为了将磁性组件添加到分层的铜电路组件中，铁(真空双熔)层或不锈钢层(一个或多个)将被镀镍，带有磁块凹穴，并且铜-金或铜-银钎焊垫片(约25微米厚)可用于创建钎焊接头。然后，通过熔化钎焊垫片，铁层/不锈钢层将会被钎焊到铜电路组件，但仍在ved的真空区外部。然后，将磁块插入组件中的预制凹穴中，而另一材料层将会被添加在磁体之上并用低温粘合剂固定以将磁体保持在适当位置。
35.静电聚焦也可用于在ved中提供某些电子束成形和瞄准功能。本发明将电导体引入真空结构的能力现允许通过横跨设置于电子束周围的两个或更多个板施加电压而在真空结构内使用精确的静电聚焦。如果具体应用需要或要求，则可采用多组这样的板。
36.本文所述的制造方法可用于制造各种频率下的ved，但对于在约25ghz和约1thz之间工作的ved尤其有益。由于小的特征尺度(在某些情况下为微米到毫米)，使用常规的手动装置组件来制造这种装置是具有挑战性的。
37.现在转到附图，图1是根据一个实施方式的ved用多层多材料组件的分解立体图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
38.在图1所示的实施方式中，ved 100包括组件101，其具有由导电材料(如铜)形成的第一平面非磁性导电板102、由导电材料(如铜)形成的第二平面非磁性导电板104、设置在第一平面非磁性导电板102与第二平面非磁性导电板104之间的多个平面非磁性相互作用结构成形板106a、106b和106c。在外部固定磁场用于电子束控制的情况下，组件101可抵靠第一平面磁性板设置，第一平面磁性板由磁性材料如铁、镍或类似材料形成并且包括设置在其上或嵌入其中的一个或多个永磁体。可选地，夹心结构可由两个这样的板108和110形成，使得组件101设置在第一平面磁性板108与第二平面磁性板110之间。可提供对准特征(在下文中更详细地讨论)112，以提供用于使多个平行板对准的简单机构。还设想了磁体层可包括实心平面永磁体，而不是由多个较小的磁体制成。这种方法将允许平面“螺线管场”磁性聚焦。在需要时，导电板可在一侧或两侧涂覆适合真空的绝缘体，如溅射氧化铝(al2o3)或其它便利的绝缘体，这种绝缘体不会向因电子束的存在而加热的真空环境中漏气而构建更复杂的电路。
39.图2是根据另一个实施方式的ved用多层多材料组件的分解立体图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层以及绝缘体层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
40.在图2所示的实施方式中，ved 200包括组件201，其具有由导电材料(如铜)形成的第一平面非磁性导电板202、由导电材料(如铜)形成的第二平面非磁性导电板204、设置在第一平面非磁性导电板202与第二平面非磁性导电板204之间的多个平面非磁性相互作用结构成形板206a、206b、206c、206d和206e。在外部固定磁场用于电子束控制的情况下，组件
201可抵靠第一平面磁性板设置，第一平面磁性板由磁性材料如铁、镍或类似材料形成并且包括设置在其上或嵌入其中的一个或多个永磁体，如图1所示。可选地，夹心结构可由两个这样的板108和110形成，使得组件201设置在第一平面磁性板108与第二平面磁性板110之间，如图1所示。可提供对准特征(在下文中更详细地讨论)112，以提供用于使多个平行板对准的简单机构。根据图2的实施方式，板202和204的“内部”(即标记为202a和204a的那些板)涂覆有电绝缘体以形成绝缘表面，使得板206a、206b、206c、206c、206d和206e的组件可相对于板202和204浮动。以这种方式，由横跨板202和204施加的电压差引起的静电场可与如上讨论的磁性束控制一起或分开用于电子束控制。此外，置于电绝缘体上的导体可根据需要将电流输送到组件内的特定位置。例如，这种导体可将rf信号输送到相互作用区并从中提取rf信号。它们也可用于输送固定或变化的电压来控制ved内的其它部件。
41.在图2的实施方式中，一对电导体208a、208b设置在绝缘表面202a上。未示出的是在绝缘表面204a上提供相同的布置。电导体208a、208b可被沉积，它们也可以被放置。它们应当适合真空环境，即在ved中预期的高温下不会漏气。板206a和206e包括如图所示的开口，以隔离相应的电导体例如208a、208b与板206a和206e的接触。板206b和206d分别包含下相互作用结构210和上相互作用结构212，而板206c包含电子束隧道214，电子书隧道214从而被下相互作用结构210和上相互作用结构212包围。
42.图3是ved用多层多材料组件的透明截面图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。本质上，它是当图2的部件按预期结合在一起时所形成的结构的视图。
43.图4是三重ved 400用多层多材料组件的俯视图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
44.图5是沿图4中的线5-5截取的截面图，示出了ved 400用单个多层多材料组件的内部结构，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
45.在图4和图5所示的实施方式中，ved 400包括组件401，其具有由导电材料(如铜)形成的第一平面非磁性导电板402、由导电材料(如铜)形成的第二平面非磁性导电板404、设置在第一平面非磁性导电板402与第二平面非磁性导电板404之间的多个平面非磁性相互作用结构成形板406a、406b和406c。在此实施方式中，外部固定磁场用于电子束控制，因此组件401(也称为“电路组件”)设置在第一平面磁性板408之间，第一平面磁性板408由磁性材料如铁、镍或类似材料形成并且包括设置在其上或嵌入其中的一个或多个永磁体412。可选地，夹心结构可由两个这样的板408和410形成，使得组件401设置在第一平面磁性板408与第二平面磁性板410之间。可提供对准特征(在下文中更详细地讨论)，以提供用于在制造过程中使多个平行板对准的简单机构。
46.图6是三重ved 600用多层多材料组件的俯视图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
47.图7是沿图6中的线7-7截取的截面图，示出了ved用单个多层多材料组件的内部结构，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
48.在图6和7所示的实施方式中，ved 600包括组件601，其具有由导电材料(如铜)形
成的第一平面非磁性导电板602、由导电材料(如铜)形成的第二平面非磁性导电板604、设置在第一平面非磁性导电板602与第二平面非磁性导电板604之间的多个平面非磁性相互作用结构成形板606a、606b、606c、606d和606e。在此实施方式中，外部固定磁场用于电子束控制，因此组件601(也称为“电路组件”)抵靠第一平面磁性板608设置，第一平面磁性板608由磁性材料如铁、镍或类似材料形成并且包括设置在其上或嵌入其中的一个或多个永磁体612。可选地，夹心结构可由两个这样的板608和610形成，使得组件601设置在第一平面磁性板608与第二平面磁性板610之间。可提供对准特征112(在下文中更详细地讨论)，以提供用于在制造过程中使多个平行板对准的简单机构。根据图6和图7的实施方式，板602和604的“内部”(即标记为602a和604a的那些板)涂覆有电绝缘体以形成绝缘表面，使得板606a、606b、606c、606c、606d和606e的组件可相对于板602和604浮动。以这种方式，由横跨板202和204施加的电压差引起的静电场可与如上讨论的磁性束控制一起或分开用于电子束控制。此外，置于电绝缘体上的导体614a、614b、614c和614d(如此处所示)可根据需要将电流输送到组件内的特定位置。例如，这种导体可将rf信号输送到相互作用区并从中提取rf信号。它们也可用于输送固定或变化的电压来控制ved内的其它部件。
49.图8是三重ved 600用多层多材料组件的俯视图，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。此视图是在切割或以其它方式在基材组件804与单独的ved 806之间创建间隙802之后显示的。
50.图9是沿图8中的线9-9截取的截面图，示出了ved 806用单个多层多材料组件800的内部结构，该组件并入了导电材料层和磁性材料层，同时创建了用于电子束传播和电磁波相互作用的三维开口。
51.间隙802可被切割、切块、机械加工、穿孔或不然是以适用于切割此类材料的任意的常规方式创建，例如激光、高压水、金刚石片锯(diamond-bladed saw)等。一旦形成间隙802，单独的ved 806就可被移除并被单独包装，以供以本领域普通技术人员已知的常规方式使用。
52.图10是示出根据本发明实施方式的用于制造真空电子装置的过程或方法1000的流程图。结合图10描述的过程步骤可按顺序执行，它们也可一次执行一部分或全部。
53.框1002是第一步：由非磁性导电材料形成第一平面非磁性导体板。
54.框1004是第二步：由非磁性导电材料形成第二平面非磁性导体板。
55.框1006是第三步：由多个彼此平行布置的导电非磁性相互作用结构成形板形成相互作用结构，部分相互作用区切入各自的导电非磁性相互作用结构成形板。
56.框1008是第四步：将第一平面非磁性导体板、相互作用结构和第二平面非磁性导体板设置成堆叠物，使得第一平面非磁性导体板和第二平面非磁性导体板处于堆叠物外部。
57.框1010是第五步：将第一平面非磁性导体板、相互作用结构和第二平面非磁性导体板结合在一起。
58.框1012是第六步：由磁性材料形成第一平面磁性板并在其上设置至少一个磁体。
59.框1014是第七步：在第一平面非磁性导体板与所述多个非磁性相互作用结构成形板相对的一侧，平行于第一平面非磁性导体板设置第一平面磁性板。
60.框1016是第八步：将第一平面磁性板结合至第一平面非磁性导体板。
61.框1018是第九步：由磁性材料形成第二平面磁性板并在其上设置至少一个磁体。
62.框1020是第十步：在第二平面非磁性导体板与所述多个非磁性相互作用结构成形板相对的一侧，平行于第二平面非磁性导体板设置第二平面磁性板。
63.框1022是第十一步：将第二平面磁性板结合至第二平面非磁性导体板。
64.本领域普通技术人员将认识到，这些步骤可按最便于制造的次序执行而无需按锁定步骤实施。例如：结合步骤可一次全都实施；成形步骤可预先实施以制造日后组装用零件；等等。
65.在将这些二维片材结合在一起时，可使用以下方法：钎焊、扩散结合、辅助扩散结合、固态结合、冷焊、超声波焊接、一种或多种前述方法的组合等。两个相邻片材之间形成的接缝应当维持好于1
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托的真空环境。结合应当在非反应性环境，比如：氢气、氮气、真空等中实施。在结合之前，各个层应当被清洗或等离子体蚀刻以去除表面氧化物层，并在结合之前保持在真空环境中，以有助于形成良好的密封结合。在需要时，各个层可用增强两个相应的层(可以是不同的材料)之间真空兼容界面产生的真空兼容材料涂覆(溅射、电镀、金属化和/或漆涂)。涂层可包括下列中的一种或多种：镍、金、银、钼-锰、铜、铜-金、铜-银、钛-镍、金-铜-钛、铜-银-钛、铜-银-钛-铝、钛-镍-铜、金-铜-钛-铝、银-铜-铟-钛、铜-锗、钯-镍-铜-银、金-钯-锰、银-钯、金-铜-镍、金-铜-铟、银-铜-铟、金-镍、金-镍-铬等。以这种方式，结合后的层形成高强度组件，产生相对高能的处理能力和高梯度能力ved。
66.这些层也可涂覆(溅射、电镀、金属化和/或漆涂)有电绝缘材料或导电材料以管理ved中的电势和热流。涂层还可包括设计成导热的材料(例如，金刚石膜、金刚石传导通道、冷却通道、热管等)，以便更好地管理ved内和离开ved的热流。层可由绝缘体(例如，al2o3)制造，然后镀有导电路径，以形成电极和用来偏置电极的电路径。
67.可使用诸如铣削、车削、放电铣削、光刻、蚀刻、激光切割、电子束切割、喷水切割等技术在ved的导电片中形成切口或凹穴。如此形成的切口和凹穴可由诸如陶瓷材料、真空窗口、电路切断材料(用于提高装置稳定性的衰减器)、电子发射材料、真空泵送材料、吸气材料、磁体、铁件、屏蔽材料、隔离材料、导线、连接器、波导、耦合器等部件充填。
68.陶瓷材料的并入使得能够在ved内添加静电束成形透镜或区域，以帮助聚焦、传播、引导、转向以及最终改善阴极与收集器之间的电子束传播。通过将这种能力构建到ved本身中，而不是在ved的真空区之外提供这种能力，可对电子束进行更精细和更低功耗的控制。
69.在制造过程中，可使用对准特征112实现ved内相邻材料层或材料片的对准。这些特征可以是如本文别处讨论的对准孔、对准销、矩形特征、其组合、适用于机器人组装技术的光学(可见)标记等。片材的组装可通过手动组装、机器人组装、平移台、自动平移、机器人放置、微米到纳米级视频对准、游标刻度等来实现。
70.应注意的是，前述方法允许在完全没有磁体的情况下且使用纯静电聚焦来构造ved。
71.尽管显示和描述了示例性实施方式和应用，但对受益于本公开的本领域技术人员显而易见的是，可对本文所述的各种示例性实施方式做出上文未具体提及的多种修改、变型和改编而不背离由所附权利要求限定的本发明的范围。

技术特征：
1.一种真空电子装置，其包括：第一平面非磁性导体板；第二平面非磁性导体板；设置在所述第一非磁性导体板与所述第二非磁性导体板之间的多个平面非磁性相互作用结构成形板，其中所述第一非磁性导体板、所述第二非磁性导体板和所述多个非磁性相互作用结构成形板平行布置并结合在一起，并且所述平面非磁性相互作用结构成形板包括rf相互作用区。2.根据权利要求1所述的装置，还包括由磁性材料形成并且包括至少一个磁体的第一平面磁性板，其中所述第一平面磁性板平行于所述第一平面非磁性导体板设置在所述第一平面非磁性导体板与所述多个非磁性相互作用结构成形板相对的一侧。3.根据权利要求2所述的装置，还包括由磁性材料形成并且包括至少一个磁体的第二平面磁性板，其中所述第二平面磁性板平行于所述第二平面非磁性导体板设置在所述第二平面非磁性导体板与所述多个非磁性相互作用结构成形板相对的一侧。4.根据权利要求2所述的装置，其中一个或多个凹穴形成在所述第一平面非磁性导体板中。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述凹穴中的至少一个包含吸气材料。6.根据权利要求4所述的装置，其中所述凹穴中的至少一个包含电子发射材料。7.根据权利要求4所述的装置，其中所述凹穴中的至少一个包含电路切断材料。8.一种制造真空电子装置的方法，所述方法包括：由非磁性导电材料形成第一平面非磁性导体板；由非磁性导电材料形成第二平面非磁性导体板；由彼此平行布置的多个导电非磁性相互作用结构成形板形成相互作用结构，其中部分相互作用区切入各自的导电非磁性相互作用结构成形板；将所述第一平面非磁性导体板、所述相互作用结构和所述第二平面非磁性导体板设置成堆叠物，使得所述第一平面非磁性导体板和所述第二平面非磁性导体板处于所述堆叠物外部；将所述第一平面非磁性导体板、所述相互作用结构和所述第二平面非磁性导体板结合在一起。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：由磁性材料形成第一平面磁性板并在其上设置至少一个磁体；在所述第一平面非磁性导体板与所述多个非磁性相互作用结构成形板相对的一侧，平行于所述第一平面非磁性导体板设置所述第一平面磁性板。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：将所述第一平面磁性板结合至所述第一平面非磁性导体板。11.根据权利要求10所述的方法，还包括：由磁性材料形成第二平面磁性板并在其上设置至少一个磁体；在所述第二平面非磁性导体板与所述多个非磁性相互作用结构成形板相对的一侧，平行于所述第二平面非磁性导体板设置所述第二平面磁性板。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：将所述第二平面磁性板结合至所述第二平面非磁性导体板。13.根据权利要求12所述的方法，还包括形成的一个或多个凹穴，所述一个或多个凹穴形成在所述第一平面非磁性导体板中。14.根据权利要求13所述的方法，还包括将吸气材料放置到所述凹穴中的至少一个中。15.根据权利要求12所述的方法，还包括将电子发射材料放置到所述凹穴中的至少一个中。16.根据权利要求12所述的方法，还包括将电路切断材料放置到所述凹穴中的至少一个中。

技术总结
具有多个二维的各种材料层的真空电子装置(VED)被结合在一起以同时形成一个或多个VED。二维材料层被机械加工成包括装置工作所需的特征，使得当组装和结合成三维结构时，形成三维特征。二维层结合在一起成为夹心状结构。制造方法能够并入VED制造所需的金属材料、磁性材料、陶瓷材料和其它材料，同时维持所需的位置精度和每批多装置的能力。的位置精度和每批多装置的能力。的位置精度和每批多装置的能力。


技术研发人员：D
受保护的技术使用者：艾弗公司
技术研发日：2021.11.13
技术公布日：2023/8/5