[发明专利]一种高能量电子枪

说明书

技术领域

本发明涉及一种发射、聚焦并扫描高能量电子的装置，特别是一种高能量电子枪。

背景技术

固体表面的原子由于失去了本体原子的排列周期性，会表现出一系列不同的物理和化学性质而受到人们的关注，从而形成了凝聚态物理领域的一个重要分支-表面科学。表面科学在新材料分析和纳米科技中起着重要的作用，表面原子的排列方式和运动状态是表面科学的主要内容。典型的表面分析仪器有电子显微镜（TEM）、俄歇电子能谱仪（AES）、高能电子衍射仪（RHEED）等，这些仪器的核心都是电子枪（E-gun）。目前电子枪的基本构造是阴极、阳极和控制极三部分，虽然实现了电子发射的目的，但结构简单、电子能量低而且没有电子束的聚焦和偏转机构，难以实现电子束束斑大小和位置的调整。另外，为了维持电子发射灯丝的寿命，使用环境要求超高真空，这极大地限制了电子枪在特殊环境中的使用。同时，传统电子枪的用材不能满足高温烘烤的要求，这也限制了电子枪与真空腔室或其它真空设备的配合使用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种使用寿命长、束斑大小可调、束斑位置可调、耐高温烘烤、结构简单和使用方便的高能量电子枪。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高能量电子枪，包括电子发射机构、聚焦机构、偏转机构、差分抽真空维持机构和电极调节机构；

所述的电极调节机构和电子发射机构均位于差分抽真空维持机构的内部，电子发射机构的后端依次为聚焦机构和偏转机构，所述的聚焦机构和偏转机构通过线圈隔环连接；所述的电子发射机构、聚焦机构、偏转机构、差分抽真空维持机构和电极调节机组装成整体，所述的整体通过连接法兰与真空腔室连接；

所述电子发射机构包括处于负高压的阴极灯丝、加载电压可调的控制极和处于零电位的阳极；所述阴极灯丝位于控制极的内部，阴极灯丝安装在钨丝电极上，并通过钨丝电极与外部结构连接；阳极位于控制极圆管的后端，控制极小孔和阳极小孔的中心轴线垂直；所述阴极灯丝通电发热后释放出热电子；

所述控制极为后端带有一小孔的圆管，其相对电位比阴极灯丝低，起着控制电子束发散程度和改变其与阴极灯丝之间电场分布的作用，控制射出电子的数量；

所述阳极为一筒状外壳，处于零电位，其前端中心有一个供电子射入的小孔，阳极和处于负电位的阴极灯丝之间的电位差决定最终射出电子的能量；

所述差分抽真空维持机构由调节波纹管、排气法兰、法兰和排气管道组成，排气法兰与排气管道之间通过焊接连接，排气管道与调节波纹管通过焊接连接，排气管道与法兰之间通过焊接连接；所述的差分抽真空维持机构通过法兰与底座法兰连接；

所述的阳极将真空腔室内部空间和控制极所在的圆管内部空间隔成两个部分，且阳极小孔尺寸很小，这个构造配合差分抽真空维持机构使得差分抽可行，从而使得真空腔室内导入较高气压时，控制极圆管的内部空间仍能维持较高真空；

所述聚焦机构由集束线圈罩、集束线圈轴和空芯线圈组成；集束线圈罩和集束线圈轴通过螺栓连接，且空芯线圈装在由集束线圈罩和集束线圈轴组成的内环形间隙内；聚焦机构中空芯线圈产生的磁场方向和电子束运动方向平行；通过改变空芯线圈电流的大小，进而改变其内部的磁场强度来实现电子束的聚焦；

所述偏转机构由偏向线圈罩、线圈支架和环形线圈组成；线圈支架通过螺栓与偏向线圈罩连接，环形线圈位于由偏向线圈罩围成的内环形壳子里；偏转机构的环形线圈所产生的磁场方向和电子束运动方向垂直；通过改变环形线圈电流的大小，进而改变其内部的磁场强度来实现电子束的偏转；

所述的电极调节机构安装在控制极的前端，且钨丝电极安装在电极调节机构的小孔中，所述的电极调节机构用来调节阴极灯丝和控制极后端小孔之间的同心度；

所述的差分抽真空维持机构中的调节波纹管及旋钮用来调节电子发射机构与阳极小孔之间的同心度。

本发明所述的电子发射机构、聚焦机构、偏转机构、差分抽真空维持机构和电极调节机构的非绝缘部分的材料均为304不锈钢、绝缘部分的材料为Al2O3。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明的阴极灯丝和阳极之间的电位差决定了最终射出电子的能量，所以当两者之间加几十千伏的电压时，使得射出的电子具有更高的能量。