[發(fā)明專利]一種高能量電子槍

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410195904.4
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103928278A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭方準(zhǔn);董華軍;臧侃;游燕;侯賓賓;薛冬冬
• 申請（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué)
• 主分類號: H01J37/063
• 分類號: H01J37/063;H01J37/18;H01J37/147;H01J37/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)射、聚焦并掃描高能量電子的裝置，特別是一種高能量電子槍。

背景技術(shù)

固體表面的原子由于失去了本體原子的排列周期性，會表現(xiàn)出一系列不同的物理和化學(xué)性質(zhì)而受到人們的關(guān)注，從而形成了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的一個重要分支-表面科學(xué)。表面科學(xué)在新材料分析和納米科技中起著重要的作用，表面原子的排列方式和運動狀態(tài)是表面科學(xué)的主要內(nèi)容。典型的表面分析儀器有電子顯微鏡(TEM)、俄歇電子能譜儀(AES)、高能電子衍射儀(RHEED)等，這些儀器的核心都是電子槍(E-gun)。目前電子槍的基本構(gòu)造是陰極、陽極和控制極三部分，雖然實現(xiàn)了電子發(fā)射的目的，但結(jié)構(gòu)簡單、電子能量低而且沒有電子束的聚焦和偏轉(zhuǎn)機構(gòu)，難以實現(xiàn)電子束束斑大小和位置的調(diào)整。另外，為了維持電子發(fā)射燈絲的壽命，使用環(huán)境要求超高真空，這極大地限制了電子槍在特殊環(huán)境中的使用。同時，傳統(tǒng)電子槍的用材不能滿足高溫烘烤的要求，這也限制了電子槍與真空腔室或其它真空設(shè)備的配合使用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計一種使用壽命長、束斑大小可調(diào)、束斑位置可調(diào)、耐高溫烘烤、結(jié)構(gòu)簡單和使用方便的高能量電子槍。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高能量電子槍，包括電子發(fā)射機構(gòu)、聚焦機構(gòu)、偏轉(zhuǎn)機構(gòu)、差分抽真空維持機構(gòu)和電極調(diào)節(jié)機構(gòu)；

所述的電極調(diào)節(jié)機構(gòu)和電子發(fā)射機構(gòu)均位于差分抽真空維持機構(gòu)的內(nèi)部，電子發(fā)射機構(gòu)的后端依次為聚焦機構(gòu)和偏轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述的聚焦機構(gòu)和偏轉(zhuǎn)機構(gòu)通過線圈隔環(huán)連接；所述的電子發(fā)射機構(gòu)、聚焦機構(gòu)、偏轉(zhuǎn)機構(gòu)、差分抽真空維持機構(gòu)和電極調(diào)節(jié)機組裝成整體，所述的整體通過連接法蘭與真空腔室連接；

所述電子發(fā)射機構(gòu)包括處于負(fù)高壓的陰極燈絲、加載電壓可調(diào)的控制極和處于零電位的陽極；所述陰極燈絲位于控制極的內(nèi)部，陰極燈絲安裝在鎢絲電極上，并通過鎢絲電極與外部結(jié)構(gòu)連接；陽極位于控制極圓管的后端，控制極小孔和陽極小孔的中心軸線垂直；所述陰極燈絲通電發(fā)熱后釋放出熱電子；

所述控制極為后端帶有一小孔的圓管，其相對電位比陰極燈絲低，起著控制電子束發(fā)散程度和改變其與陰極燈絲之間電場分布的作用，控制射出電子的數(shù)量；

所述陽極為一筒狀外殼，處于零電位，其前端中心有一個供電子射入的小孔，陽極和處于負(fù)電位的陰極燈絲之間的電位差決定最終射出電子的能量；

所述差分抽真空維持機構(gòu)由調(diào)節(jié)波紋管、排氣法蘭、法蘭和排氣管道組成，排氣法蘭與排氣管道之間通過焊接連接，排氣管道與調(diào)節(jié)波紋管通過焊接連接，排氣管道與法蘭之間通過焊接連接；所述的差分抽真空維持機構(gòu)通過法蘭與底座法蘭連接；

所述的陽極將真空腔室內(nèi)部空間和控制極所在的圓管內(nèi)部空間隔成兩個部分，且陽極小孔尺寸很小，這個構(gòu)造配合差分抽真空維持機構(gòu)使得差分抽可行，從而使得真空腔室內(nèi)導(dǎo)入較高氣壓時，控制極圓管的內(nèi)部空間仍能維持較高真空；

所述聚焦機構(gòu)由集束線圈罩、集束線圈軸和空芯線圈組成；集束線圈罩和集束線圈軸通過螺栓連接，且空芯線圈裝在由集束線圈罩和集束線圈軸組成的內(nèi)環(huán)形間隙內(nèi)；聚焦機構(gòu)中空芯線圈產(chǎn)生的磁場方向和電子束運動方向平行；通過改變空芯線圈電流的大小，進而改變其內(nèi)部的磁場強度來實現(xiàn)電子束的聚焦；

所述偏轉(zhuǎn)機構(gòu)由偏向線圈罩、線圈支架和環(huán)形線圈組成；線圈支架通過螺栓與偏向線圈罩連接，環(huán)形線圈位于由偏向線圈罩圍成的內(nèi)環(huán)形殼子里；偏轉(zhuǎn)機構(gòu)的環(huán)形線圈所產(chǎn)生的磁場方向和電子束運動方向垂直；通過改變環(huán)形線圈電流的大小，進而改變其內(nèi)部的磁場強度來實現(xiàn)電子束的偏轉(zhuǎn)；

所述的電極調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝在控制極的前端，且鎢絲電極安裝在電極調(diào)節(jié)機構(gòu)的小孔中，所述的電極調(diào)節(jié)機構(gòu)用來調(diào)節(jié)陰極燈絲和控制極后端小孔之間的同心度；

所述的差分抽真空維持機構(gòu)中的調(diào)節(jié)波紋管及旋鈕用來調(diào)節(jié)電子發(fā)射機構(gòu)與陽極小孔之間的同心度。

本發(fā)明所述的電子發(fā)射機構(gòu)、聚焦機構(gòu)、偏轉(zhuǎn)機構(gòu)、差分抽真空維持機構(gòu)和電極調(diào)節(jié)機構(gòu)的非絕緣部分的材料均為304不銹鋼、絕緣部分的材料為Al₂O₃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、由于本發(fā)明的陰極燈絲和陽極之間的電位差決定了最終射出電子的能量，所以當(dāng)兩者之間加幾十千伏的電壓時，使得射出的電子具有更高的能量。