[发明专利]具有电子倍增器冷发射源的离子计

说明书

相关申请案

本申请案主张于2007年12月19日申请的美国临时中请案第61/008,185号的权益。上述申请案的全部教导以引用方式并入本文中。

技术领域

无

背景技术

贝雅德-阿尔珀特(Bayard-Alpert)(BA)离子计为测量极低压力的最常见非磁性构件，且自从1952年在美国专利第2,605,431号中揭示以来已在全世界广泛使用，所述美国专利以引用方式全文并入本文中。

典型离子计包括电子源、阳极和离子收集电极。对于BA计，电子源在径向方向上位于由阳极界定的离子化空间(阳极容积)外。离子收集电极安置在阳极容积内。电子从电子源朝阳极行进并进入阳极中。在电子的行程中，电子撞击到构成气氛(其压力将被测量)的气体的分子和原子，并产生离子。

离子由阳极内部的电场吸引到离子收集电极上。可通过公式P＝(1/S)(I_ion/I_eiectron)根据离子电流和电子电流来计算气氛内气体的压力，其中S为单位为1/托的系数且表示特定离子计几何形态和电参数和压力范围的特征。此项技术中一个众所周知的问题为热阴极丝可能与待测量的气态物质反应。

具有冷阴极电子发射极的离子计也为众人所知的，例如，颁予巴普蒂斯特(Baptist)等人的美国专利第5,278,510号(下文为“巴普蒂斯特”)，所述专利也以引用方式全文并入。巴普蒂斯特揭示一种包括冷阴极而非热阴极丝的离子计。巴普蒂斯特离子计包括许多个阴极电极，所述阴极电极为许多个尖端微小点(Spindt型发射极)提供偏压电压。通过场发射从微小点发射出电子以对气体离子化，且因此一旦收集到离子便测量压力，此类似于BA离子计。然而，在短时段后，受到离子化气态材料轰击的尖端微小点将被侵蚀掉。此情形使发射率降级，且致使来自微小点的电子终止。此使离子计不能测量压力且使离子计发生故障。

发明内容

在典型BA离子计是在良好环境中操作时，其操作寿命为约十年。然而，当这些相同的离子计和电子源(细丝)在过高压力下或在使电子源的发射特性降级的气体类型中操作时，其可在数分钟或数小时后发生故障。导致操作寿命减少的此类细丝相互作用的熟知实例是归因于与一些气态环境的化学反应，且可致使细丝上的氧化物涂层的电子发射性质降级。氧化物涂层的降级急剧地减少由细丝产生的电子的数目。钨丝在这些条件下也经历发射性质的降级，且另外暴露于过高压力的水蒸汽下也导致钨丝完全烧尽。可靠的冷电子发射极将会避免这些已知问题。在此项技术中需要一种冷电子发射极离子计，其将在无BA离子计的缺点的情况下起作用，而无需改变腔室中气体物质的化学成分，且不使所述离子计降级。

提供一种离子计，其无需使用热阴极丝且包括电子产生器阵列，所述电子产生器阵列包括微通道板，所述微通道板包括：所述微通道板的电子产生部分，其包含用于产生种子电子的源；和所述微通道板的电子倍增器部分，其回应于电子产生部分所产生的种子电子而倍增电子。微通道板可经处理以造成种子电子的自发发射。所述离子计包括：离子化容积，在其中电子撞击气态物质；和收集电极，用于收集通过电子与气态物质之间的撞击形成的离子。离子化容积可由将电子保持在其中的阳极来界定，且产生电子的源可在阳极外部。收集电极可由阳极围绕。离子计可包括用以收集在阳极外形成的离子的第二收集电极。离子化容积可由板状阳极与板状收集电极之间的容积来界定，且所述源可位于板状阳极与板状收集电极之间。所述离子计可为冷电子源型离子计，其通过测量由收集电极收集到的电流来测量压力。所述离子计可包括：调整器，其基于离子化容积中的电子数目来控制来自电子产生器阵列的电子束电流；和电流计，其连接到阳极以用于控制电子束电流。可通过通道内自发场发射过程、场发射极阵列、光电阴极或碳纳米管来将初始电子提供给电子倍增器。电子倍增器可使用微通道板，所述微通道板要求输入侧与输出侧之间存在高电压差，其中所述高电压差值控制电子发射电流值。微通道板可包括在微通道板的电子倍增器部分的输入面上的电子发射材料，其中辐射产生种子电子。倍增器可包括微球体板、单通道倍增器、离散倍增电极或多个倍增电极。另外，存在种子电子产生与电子倍增整合到单一装置中的电子源。

在另一实施例中，提供一种离子计，其包括：阳极结构，其包括界定离子化容积的圆柱形线栅，在所述离子化容积中电子撞击气态物质；和产生电子的源，其包括电子种子装置和使来自电子种子装置的电子倍增的电子倍增器装置。电子倍增器装置可包括微通道板。所述离子计也包括收集电极，所述收集电极收集通过电子与气态物质之间的撞击形成的离子。