[发明专利]发射针、电子源、电子显微镜及大半径电子束形成方法

说明书

本发明提供了一种发射针、电子源、电子显微镜及大半径电子束形成方法，涉及电子显微镜技术领域，解决了发射灯丝释放的用于照明的电子束半径范围较小，亮度低，影响扫描速度的技术问题。该发射针位于电子源中发射电子，其包括针本体，针本体靠近吸出极的一端存在有发射面，且发射面的半径r大小满足20um≤r≤200um，且吸出极上的光阑允许发射面发射出的用于照明的电子束经过。上述电子源包括具有光阑的吸出极和上述发射针，光阑的孔径与发射面发射出的用于照明的电子束直径相适配。本发明发射针的前端形成发射面，用于照明的优质电子束半径范围较大，提高亮度，增大扫描速度，减少扫描时间，实现快速扫描；更适用于大束流和多束分束系统。

技术领域

本发明涉及电子显微镜技术领域，尤其是涉及一种发射针、电子源、电子显微镜及大半径电子束形成方法。

背景技术

电子显微镜是当代重要的科学研究、工程观察和量测仪器，在物理、材料、化学、生命等科研领域，半导体先进制程、工程材料检测等工业领域发挥着巨大的作用。

电子源是其关键零部件之一，电子源的特性往往决定了电子显微镜的主要性能。以扫描电子显微镜为例：低端扫描电镜均使用发叉式热阴极(钨丝、六硼化镧)作为电子源，中高端电镜使用冷场发射单晶钨以及热场发射氧化锆-单晶钨电子源。热场发射电子源具有亮度高、束流大、寿命长、束流稳定等特点，应用最为广泛。

电子源发出的电子并没有全部被利用，实际上电子光学系统通常用光阑(位于吸出极上)选取总发射电流中发散角最小、能量分散最小的一部分作为系统照明之用，其余周边发散角大、能量分散大的电子无法穿过现有光阑均被抛弃。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有技术中常见热场发射电子源中的发射灯丝，其为丝状，发射灯丝尖端半径在0.3～1.2um，中间小角度电子束为用于照明的电子束，其范围较小，亮度低，影响扫描速度；且由于本身中部电子束半径小，更无法进行分束，不适用于大束流系统和多束分束系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发射针、电子源、电子显微镜及大半径电子束形成方法，以解决现有技术中存在的发射灯丝释放的用于照明的电子束半径范围较小，亮度低，影响扫描速度的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的发射针，位于电子源中发射电子，其包括针本体，所述针本体靠近吸出极的一端存在有发射面，且所述发射面的半径r大小满足20um≤r≤200um，且所述吸出极上的光阑允许所述发射面发射出的用于照明的电子束经过。

优选的，所述发射面位于其中心轴与所述光阑的中心轴重合的位置，且所述光阑仅允许位于中间位置的电子束经过。

优选的，所述发射面的半径r大小满足40um≤r≤60um。

优选的，所述针本体由背离所述吸出极一端至具有所述发射面的一端呈渐缩的趋势。

优选的，所述针本体为单晶钨针。

优选的，所述单晶钨针表面包覆于有低逸出功材料层，所述低逸出功材料层为氧化锆层。

本发明还提供了一种电子源，所述电子源为热场发射电子源，其包括具有光阑的吸出极和上述发射针，所述光阑的孔径与所述发射面发射出的用于照明的所述电子束直径相适配。

优选的，所述电子源还包括绝缘座、抑制极、接线柱和加热发叉，其中：

所述抑制极为肖特基抑制极，所述抑制极罩设于所述绝缘座外；所有所述接线柱均穿过所述绝缘座，且其一端延伸出所述绝缘座，另一端与所述加热发叉固定，所述发射针固定于所述加热发叉的下端，并延伸出所述抑制极设置，所述发射面的中心对准所述光阑的中心位置。

本发明还提供了一种电子显微镜，包括上述电子源。