[发明专利]一种原子束显微装置

摘要

本发明涉及对材料的显微技术领域，一种原子束显微装置，包括储气罐、气管、由腔体I和腔体II连接成的真空腔体、喷射头、分流器、气体透射窗片、原子衍射片、原子衍射片通孔种类I、原子衍射片通孔种类II、原子衍射片通孔种类III、探测器I、样品、样品台、计算机、探测器II、抽气口I、真空泵组I、抽气口II、真空泵组II，本发明原子衍射片采用一系列通孔代替波带片的环状结构，所述通孔比标准的菲涅尔波带片的无支撑的环结构更易于加工，并通过选择合适的通孔直径和通孔分布，优化了原子束流的聚焦效果，能够得到锐利的聚焦束斑，并抑制更高阶的衍射。

主权项

1.一种原子束显微装置，主要包括储气罐(1)、气管(2)、由腔体I(3‑1)和腔体II(3‑2)连接成的真空腔体(3)、喷射头(4)、分流器(5)、气体透射窗片(6)、原子衍射片(7)、原子衍射片通孔种类I(7‑1)、原子衍射片通孔种类II(7‑2)、原子衍射片通孔种类III(7‑3)、探测器I(8)、样品(9)、样品台(10)、计算机(11)、探测器II(12)、抽气口I(13)、真空泵组I(14)、抽气口II(15)、真空泵组II(16)，所述腔体I(3‑1)和腔体II(3‑2)通过分流器(5)连接，腔体II(3‑2)通过抽气口I(13)连接真空泵组I(14)，腔体I(3‑1)通过抽气口II(15)连接真空泵组II(16)；喷射头(4)位于腔体I(3‑1)内，喷射头(4)通过气管(2)与真空腔体(3)外的储气罐(1)连接，喷射头(4)出口与分流器(5)的入口相对，所述气体透射窗片(6)、原子衍射片(7)、探测器I(8)、探测器II(12)、样品(9)和样品台(10)均位于腔体II(3‑2)内，气体透射窗片(6)位于分流器(5)与原子衍射片(7)之间，样品(9)固定于样品台(10)上且位于原子衍射片(7)后方，样品(9)表面垂直于喷射头(4)出口与分流器(5)的入口的连线，探测器I(8)和探测器II(12)分别位于样品(9)表面两侧，样品台(10)能够三维移动，样品台(10)、探测器I(8)和探测器II(12)分别电缆连接计算机(11)，探测器I(8)对原子量较小的原子探测效率较高，探测器II(12)对原子量较大的原子探测效率较高，当气体原子从储气罐(1)通过气管(2)传输至喷射头(4)并以自由射流形式射入腔体I(3‑1)，原子束流的一部分进入分流器(5)入口并通过分流器(5)进入腔体II(3‑2)，能够依次通过气体透射窗片(6)及原子衍射片(7)后射到样品(9)表面，从而形成原子束流的传输路径，在确定气体原子种类、原子束流的动能及显微装置所需的焦距后，能够计算出原子衍射片上相应的菲涅尔环带的透射区域和不透射区域，用于确定通孔的直径及中心位置，其特征是：原子衍射片(7)中心位于喷射头(4)出口中心和分流器(5)入口中心的连线的延长线上，原子衍射片(7)为圆片状，直径为30微米，由厚度为50纳米的氮化硅片制成，原子衍射片(7)上具有大量孔截面为圆形的通孔，所述通孔半随机分布，相邻所述通孔之间的间隙大于50纳米，所述通孔为以下三种通孔种类中的任意一种：原子衍射片通孔种类I(7‑1)、原子衍射片通孔种类II(7‑2)和原子衍射片通孔种类III(7‑3)，原子衍射片通孔种类I(7‑1)为通孔中心位于菲涅尔环带透射区域的某一个菲涅尔环带中，通孔直径d小于通孔中心所在的菲涅尔环带宽度w；原子衍射片通孔种类II(7‑2)为通孔中心位于菲涅尔环带透射区域，通孔直径d大于通孔中心所在的菲涅尔环带宽度w，且通孔横截面内菲涅尔环带透射区域对应的面积大于菲涅尔环带不透射区域对应的面积；原子衍射片通孔种类III(7‑3)为通孔中心位于菲涅尔环带不透射区域，通孔直径d大于通孔中心所在的菲涅尔环带宽度w，且通孔横截面内菲涅尔环带透射区域对应的面积小于菲涅尔环带不透射区域对应的面积。