一种高能量电子枪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高能量电子枪，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。由于本实用新型专利技术采用了差分抽真空维持机构，同时配合阳极结构的特点，可以保持控制极所在空间具有较高的真空度。由于阳极小孔和电子束出口的小孔尺寸很小，所以真空腔室和控制极圆管的内部空间两个腔体之间的气体导通率很小，使得差分抽真空可行，从而提高了阴极灯丝的使用寿命，进而延长了整个高能量电子枪的使用寿命。本实用新型专利技术通过改变聚焦机构中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，从而调整电子束束斑的大小。本实用新型专利技术通过改变偏转机构中环形线圈电流的大小，从而调整电子束束斑的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量电子枪
本技术涉及一种发射、聚焦并扫描高能量电子的装置，特别是一种高能量电子枪。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本技术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，本技术的技术方案如下: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。本技术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Al2O315与现有技术相比，本技术具有以下有益效果:1、由于本技术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。2、由于本技术采用了差分抽真空维持机构，同时配合阳极结构的特点，可以保持控制极所在空间具有较高的真空度。由于阳极小孔和电子束出口的小孔尺寸很小，所以真空腔室和控制极圆管的内部空间两个腔体之间的气体导通率很小，使得差分抽真空可行，从而提高了阴极灯丝的使用寿命，进而延长了整个高能量电子枪的使用寿命。3、本技术通过改变聚焦机构中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，从而调整电子束束斑的大小。4、本技术通过改变偏转机构中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，从而调整电子束束斑的位置。5、本技术由于高能量电子枪的用材为SUS304，所以可耐220°C的高温烘烤。6、为了使高能量电子枪中产生的电子束聚焦性能更好，需增加各个机构之间的同心度。故本技术中增加电极调节机构用来调整阴极灯丝和控制极前端小孔之间的同心度。7、为了实现电子束具有较好的聚焦性，故本技术中增加差分抽真空维持机构中的调节波纹管及旋钮可用来调节电子发射机构和准直孔之间的同心度。【附图说明】本技术共有附图12张，其中:图1为本技术的总体结构图。图2为图1的中心剖面图。图3为本技术的原理图。图4为图2的I处结构示意图。图5为差分抽真空维持机构的结构示意图。图6为电极调节机构的结构示意图。图7为实现差分抽真空的结构示意图。图8为图2的II处结构示意图。图9为聚焦机构的剖面图。图10为聚焦机构的聚焦原理图。图11为偏转机构的偏转原理图。图12为阴极灯丝、阳极和控制极的电源原理图。图中:1、法兰外罩，2、线圈支架，3、集束线圈罩，4、排气法兰，5、连接法兰，6、偏向线圈罩，7、管A，8、电极，9、底座法兰，10、绝缘座，11、高压杆，12、绝缘体A，13、管B，14、压环，15、转接杆，16、电极固定管，17、钨丝座，18、隔环，19、半圆法兰，20、法兰A，21、电子束出口，22、法兰B，23、电极调节，24、钨丝电极，25、绝缘体B，26、控制极，27、阴极灯丝，28、绝缘罩，29、阳极，30、排气管道，31、调整波纹管，32、法兰C，33、法兰D，34、空芯线圈，35、集束线圈轴,36、线圈隔环,37、环形线圈。【具体实施方式】为使本技术的实施例的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述:如图1-9所示，一种高能量电子枪，主要包括:电子发射机构、差分抽真空维持机构、聚焦机构、偏转机构和电极调节机构。由图2可知，控制极26经隔环18、钨丝座17、电极固定管16、绝缘体A12、绝缘座10与底座法兰9连接。其中，底座法兰9与绝缘座10、绝缘座10与绝缘体A12都是通过螺栓连接。控制极26为前端带有一小孔的圆管，控制极26上的电压经由电极8、高压杆11、电极固定管16、鹤丝座17导入；由图2可知，阴极灯丝27位于控制极圆管的内部，阴极灯丝27经钨丝电极24、电极调节22、转接杆15与外部的电极8连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能量电子枪，其特征在于：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(36)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构组装成整体，所述的整体通过连接法兰(5)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(27)、加载电压可调的控制极(26)和处于零电位的阳极(29)；所述阴极灯丝(27)位于控制极(26)的内部，阴极灯丝(27)安装在钨丝电极(24)上，并通过钨丝电极(24)与外部结构连接；阳极(29)位于控制极(26)圆管的后端，控制极(26)小孔和阳极(29)小孔的中心轴线垂直；所述阴极灯丝(27)通电发热后释放出热电子；所述控制极(26)为后端带有一小孔的圆管，其相对电位比阴极灯丝(27)低，起着控制电子束发散程度和改变其与阴极灯丝(27)之间电场分布的作用，控制射出电子的数量；所述阳极(29)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(29)和处于负电位的阴极灯丝(27)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(31)、排气法兰(4)、法兰和排气管道(30)组成，排气法兰(4)与排气管道(30)之间通过焊接连接，排气管道(30)与调节波纹管(31)通过焊接连接，排气管道(30)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(9)连接；所述的阳极(29)将真空腔室内部空间和控制极(26)所在的圆管内部空间隔成两个部分，且阳极(29)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(26)圆管所在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(3)、集束线圈轴(35)和空芯线圈(34)组成；集束线圈罩(3)和集束线圈轴(35)通过螺栓连接，且空芯线圈(34)装在由集束线圈罩(3)和集束线圈轴(35)组成的内环形间隙内；聚焦机构中空芯线圈(34)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(34)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(6)、线圈支架和环形线圈(37)组成；线圈支架通过螺栓与偏向线圈罩(6)连接，环形线圈(37)位于由偏向线圈罩(6)围成的内环形壳子里；偏转机构的环形线圈(37)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(37)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(26)的前端，且钨丝电极(24)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整阴极灯丝(27)和控制极(26)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(31)及旋钮用来调节电子发射机构与阳极(29)小孔之间的同心度。...

【技术特征摘要】
2014.03.14 CN 201410096570.51.一种高能量电子枪，其特征在于: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(36)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构组装成整体，所述的整体通过连接法兰(5)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(27)、加载电压可调的控制极(26)和处于零电位的阳极(29);所述阴极灯丝(27)位于控制极(26)的内部，阴极灯丝(27)安装在钨丝电极(24)上，并通过钨丝电极(24)与外部结构连接；阳极(29)位于控制极(26)圆管的后端，控制极(26)小孔和阳极(29)小孔的中心轴线垂直；所述阴极灯丝(27)通电发热后释放出热电子； 所述控制极(26)为后端带有一小孔的圆管，其相对电位比阴极灯丝(27)低，起着控制电子束发散程度和改变其与阴极灯丝(27)之间电场分布的作用，控制射出电子的数量； 所述阳极(29)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(29)和处于负电位的阴极灯丝(27)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(31)、排气法兰(4)、法兰和排气管道(30)组成，排气法兰(4)与排气管道(30)之间通过焊接连接，排气管道(30)与调节波纹管(31)通过焊接连接，排气管道(30)与法兰之间通过焊接连...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭方准，董华军，臧侃，游燕，侯宾宾，薛冬冬，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21