[发明专利]用于产生电子的丝极组件、以及有关的装置、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生电子的丝极组件，和利用丝极组件的装置例如电子源、离子源，以及有关的系统。

背景技术

很多技术涉及到使用电子源(或电子发射体)，即，在真空中产生电子流的装置。电子源可以利用热阴极(或热离子阴极)以产生电子。热阴极的提供形式通常是由耐火材料(例如，钨)或其它高熔点材料(例如，铱)构成的加热丝极，并且其上可以涂布低功函数材料(例如，钇氧化物)。丝极末端连接于可在丝极上施加电压的电压源。流经丝极的所得电流对抗电阻将丝极加热至下述点(例如，1800℃)，该点足以使高能电子(在本文有时称为“热离子”)从丝极表面或从任选提供的低功函数涂层产生热离子发射。换言之，电子从丝极或涂层的表面蒸脱(boil off)。电子源可以包括一个阳极和一个或多个另外的电极(电子光学件)，对这些电极进行配置，从而将原样产生的电子聚集和加速为电子束，以及引导所述电子束按照给定应用中的要求穿过产生的一个或多个具有适当空间和极性取向的静电场。

加热丝极通常作为缠绕成线圈形式的电线起作用。丝极的两端分别附接(例如，通过焊接)于两个柱(例如，不锈钢)，这两个柱由此电耦合于电压源，从而完成电路。线圈由此在两个柱之间悬挂，不然就会悬空无支撑。对丝极的强烈加热会导致其由于卷成线圈的电线中释放的热膨胀和热应力而在无法预期的方向上移动。由于丝极下垂和扭曲，电子束的聚集和导向则会变差。因此，需要增大流入丝极的电流，以保持向下游过程提供的电子水平恒定。但是，增大电流会增加丝极中的热量，进一步降低丝极的使用寿命。加热的另一个结果是金属丝极材料以极低和不均的速率升华，这会导致沿线圈表面形成缺口。在缺口处会开始形成热点，进一步加深缺口。形成缺口连同加热和移动导致丝极最终失效，例如在缺口处断裂。

因此，目前需要可解决上述问题的改进的丝极组件。

发明内容

为整体或部分解决上述问题、和/或可能已经由本领域技术人员观察到的其它问题，本发明提供了如以下陈述的作为例子的实施方式所述的方法、工序、系统、设备、仪器、和/或装置。

根据一种实施方式，丝极组件包括：由电绝缘、高熔点材料构成的芯，所述芯具有沿芯轴的芯长度；和由导电性、高熔点材料构成的丝极，所述丝极包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的细长体，其中所述细长体的至少中部设置在所述芯上。

在一些实施方式中，所述细长体的至少中部按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。

根据另一种实施方式，将热离子发射层设置在芯上且包封至少所述中部，所述热离子发射层的功函数低于所述丝极的功函数。

根据另一种实施方式，制造丝极组件的方法包括：提供由电绝缘、高熔点材料构成的芯，所述芯具有沿芯轴的芯长度；提供由导电性、高熔点材料构成的丝极，所述丝极包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的细长体；和将所述丝极附接于所述芯，使得所述细长体的至少中部设置在所述芯上。

根据另一种实施方式，所述方法包括将热离子发射层施涂于所述芯，使得所述热离子发射层包封至少所述中部，所述热离子发射层的功函数低于所述丝极的功函数。

根据另一种实施方式，电子源包括：根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件；和其中放置所述丝极组件的真空室。

根据另一种实施方式，离子源包括：根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件；电离室；样品入口，配置其用于引导样品与电离室中由丝极组件发射的电子接触；和离子出口，配置其用于将离子从电离室导出。

根据另一种实施方式，分析仪器包括：包括根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件的离子源；和与离子出口连通的质谱仪。

根据另一种实施方式，使样品电离的方法包括：将电压施加于根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件的丝极第一末端和第二末端，从而产生电子束；和使样品与电子束接触。

本发明包括以下实施方式：

实施方式1.一种丝极组件，其包括：

由电绝缘、高熔点材料构成的芯，所述芯具有沿芯轴的芯长度；和

由导电性、高熔点材料构成的丝极，所述丝极包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的细长体，其中所述细长体的至少中部设置在所述芯上。

实施方式2.实施方式1的丝极组件，其中所述芯具有的构造选自以下：所述芯是实心的；所述芯是空心的；所述芯是圆柱形的；所述芯由耐火材料构成；以及前述中两种或更多种的组合。