一种斜入射式原子束显微装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及对材料的显微技术领域，一种斜入射式原子束显微装置，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、菲涅尔波带片I、小孔、菲涅尔波带片II、探测器、样品、样品台、位移台、计算机、抽气口I、真空泵组I、抽气口II，真空泵组II，小孔的中心位于喷射头出口中心与分流器入口中心的连线的延长线上，小孔位于菲涅尔波带片I和菲涅尔波带片II之间且孔径为10微米，原子束流依次通过分流器、菲涅尔波带片I、小孔、菲涅尔波带片II后射到样品表面，样品固定于样品台，样品台固定于位移台，样品表面与z轴呈45度角，探测器位于样品表面一侧、且原子入口与样品表面呈45度角，探测器探测被样品表面反射的原子。

An oblique incidence atomic beam microdevice

The present invention relates to the field of material microscopy. An oblique incidence atomic beam microscopy device includes a gas storage tank, a gas pipe, a vacuum chamber connected by a cavity I and a cavity II, a jet head, a shunt, a Fresnel zone plate I, a hole, a Fresnel zone plate II, a detector, a sample, a sample stage, a displacement stage, a computer. The center of the orifice is located on the extension line between the outlet center of the jet head and the inlet center of the diverter. The orifice is located between the Fresnel zone plate I and the Fresnel zone plate II and the aperture is 10 microns. The atomic beam flows through the diverter, the Fresnel zone plate I and the Fresnel zone plate II in turn. The sample is fixed on the sample table. The sample table is fixed on the displacement table. The surface of the sample is at an angle of 45 degrees with the Z axis. The detector is located on one side of the sample surface and the entrance of the atom is at an angle of 45 degrees with the sample surface.

【技术实现步骤摘要】
一种斜入射式原子束显微装置
本专利技术涉及对材料的显微
，尤其是一种具有特殊设计的原子束流聚焦结构，且原子束流斜入射样品表面的一种斜入射式原子束显微装置。
技术介绍
在显微
，一般的电子显微镜只能对导电样品进行成像，且其工作时发射出的电子束的能量较高，会使某些较为敏感的样品表面受到辐射损伤。原子束显微镜能够克服以上缺陷，对易损或绝缘样品进行成像，其通常采用惰性气体原子作为发射原子，惰性气体原子束能量很低，且化学性质非常稳定，这些因素使原子束显微镜能够非破坏性地得到样品表面图像。原子束显微镜的工作原理是：在高真空中，自由原子流通过喷射头和孔径形成一束气体原子束射向样品表面，同时令样品或孔径在二维平面内扫描，采用质量过滤探测器探测被样品表面反射的原子，并根据气体分压输出图像密度信号。一般的原子束显微镜中具有分流器，喷射头发射出的自由射流形式的原子的一部分通过分流器后形成原子束并射向样品。氦原子显微镜的分辨率取决于样品表面的束斑尺寸，即与原子束流的特性相关。现有技术缺陷一：垂直入射方法，原子在样品表面的镜面反射和漫反射在探测器中的信号强度差别不大，导致得到的样品表面信息的对比度较低；现有技术缺陷二：采用单个菲涅尔波带片来聚焦原子束流，但是焦点位置的束斑面积不够小，聚焦得到的原子束流强度不够高，所述一种原子束显微装置能够解决问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术一种斜入射式原子束显微装置采用特殊结构，使得原子束流斜入射样品表面，增加了原子在样品表面的镜面反射和漫反射之间的区别，即增加了探测器中的对比度；另外，采用波带片与小孔的结合，并优化条件，使得焦点位置的原子束斑面积足够小，得到的原子束流强度高。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种斜入射式原子束显微装置主要包括储气罐、气管、由腔体I和腔体II连接成的真空腔体、喷射头、分流器、菲涅尔波带片I、小孔、菲涅尔波带片II、探测器、样品、样品台、位移台、计算机、抽气口I、真空泵组I、抽气口II，真空泵组II，xyz为三维坐标系，定义喷射头出口中心与分流器入口中心的连线为z轴方向，所述腔体I和腔体II通过分流器连接，腔体II通过抽气口I连接真空泵组I，腔体I通过抽气口II连接真空泵组II；喷射头位于腔体I内，喷射头通过气管与真空腔体外的储气罐连接，喷射头出口与分流器的入口相对，所述菲涅尔波带片I、小孔、菲涅尔波带片II、探测器、样品、样品台、位移台均位于腔体II内，菲涅尔波带片I位于分流器后方，位移台能够三维移动，探测器、位移台分别电缆连接计算机，当气体原子从储气罐通过气管传输至喷射头并以自由射流形式射入腔体I，原子束流的一部分进入分流器入口并通过分流器进入腔体II，喷射头内径为10微米，分流器内径为150微米，喷射头和分流器距离为20毫米，所述小孔的中心位于喷射头出口中心与分流器入口中心的连线的延长线上，所述小孔位于菲涅尔波带片I和菲涅尔波带片II之间，小孔孔径为10微米，原子束流能够依次通过分流器、菲涅尔波带片I、小孔、菲涅尔波带片II后射到样品表面，样品固定于样品台上且位于菲涅尔波带片II后方，样品台固定于位移台，样品表面与z轴方向呈45度角，探测器位于样品表面的一侧，探测器的原子入口与样品表面呈45度角，探测器能够探测被样品表面反射的原子。本专利技术原理是：菲涅尔波带片的直径与小孔的相对位置会影响原子束流在最终焦点位置的束斑尺寸df及探测器位置的原子束流强度，原子束的最终焦点平面平行于xy平面。菲涅尔波带片I的一阶焦距f1，1与原子的德布罗意波长λ成反比，对于波长分布Δλ的原子束流，会导致沿着原子束流传播方向上形成不同的聚焦，产生纵向色差，继而在空间上导致了横向色差，其结果是增加了焦点平面上原子束斑的尺寸。小孔位于菲涅尔波带片I后，菲涅尔波带片I和小孔的结合能够在空间上阻挡束流中聚焦在传输区域以外的成分，从而对束流进行聚焦。原子束流经过小孔后的单色性由公式给出，其中M1＝f1，1/(g1-f1，1)＝b1/g1是菲涅尔波带片I的放大率，D1是菲涅尔波带片I的直径，dph是小孔直径，Δλ是原子束波长的分布，g1是分流器与菲涅尔波带片I之间的距离，b1是菲涅尔波带片I与小孔之间的距离；束流的速率比为通过公式得到束流经过菲涅尔波带片II后的束斑宽度为其中M2为菲涅尔波带片II的放大率，M2＝b2/g2，D2是菲涅尔波带片II的直径，g2是小孔与菲涅尔波带片II之间的距离，b2是菲涅尔波带片II与原子束最终焦点平面之间的距离，Imax为原子束斑的束流强度的最大值，在最终焦点平面上的束斑的有效直径df为原子束斑中束流强度大于0.5Imax的部分的直径利用所述一种斜入射式原子束显微装置进行测量的方法步骤为：一.开启真空泵组II和真空泵组I，分别对腔体I和腔体II抽真空，使得腔体I内真空优于10-1Pa，腔体II内真空优于10-2Pa；二.储气罐通过气管输出气体至喷射头，气体原子以自由射流形式进入腔体I，并通过分流器后，以原子束流形式进入腔体II；三.原子束流依次通过菲涅尔波带片I、小孔、菲涅尔波带片II后，射到样品表面；四.沿z轴方向调节菲涅尔波带片I、小孔和菲涅尔波带片II三者之间的距离，使得在最终焦点平面上的束斑的有效直径df达到最小值；五.位移台沿z轴方向平移，使得样品位于原子束的最终焦点平面；六.位移台在xy平面内的1×1微米范围内平移，使得原子束在样品表面扫描；七.被样品表面反射的部分原子进入探测器，探测器所得数据输入计算机；八.计算机处理数据，得到样品表面的相关信息。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用特殊的原子束入射结构及反射原子探测结构，增加了探测器中的对比度，能够得到较为清晰的样品表面信息；另外，采用波带片与小孔的结合，通过优化条件，能够在焦点位置得到较高强度的原子束流，提高装置的分辨率。附图说明下面结合本专利技术的图形进一步说明：图1是本专利技术示意图。图中，1.储气罐，2.气管，3.真空腔体，3-1.腔体I，3-2.腔体II，4.喷射头，5.分流器，6.菲涅尔波带片I，7.小孔，8.菲涅尔波带片II，9.探测器，10.样品，11.样品台，12.位移台，13.计算机，14.抽气口I，15.真空泵组I，16.抽气口II，17.真空泵组II。具体实施方式如图1是本专利技术示意图，所述一种斜入射式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)、菲涅尔波带片I(6)、小孔(7)、菲涅尔波带片II(8)、探测器(9)、样品(10)、样品台(11)、位移台(12)、计算机(13)、抽气口I(14)、真空泵组I(15)、抽气口II(16)，真空泵组II(17)，xyz为三维坐标系，定义喷射头(4)出口中心与分流器(5)入口中心的连线为z轴方向，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(14)连接真空泵组I(15)，腔体I(3-1)通过抽气口II(16)连接真空泵组II(17)；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，所述菲涅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种斜入射式原子束显微装置，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)、菲涅尔波带片I(6)、小孔(7)、菲涅尔波带片II(8)、探测器(9)、样品(10)、样品台(11)、位移台(12)、计算机(13)、抽气口I(14)、真空泵组I(15)、抽气口II(16)，真空泵组II(17)，xyz为三维坐标系，定义喷射头(4)出口中心与分流器(5)入口中心的连线为z轴方向，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(14)连接真空泵组I(15)，腔体I(3‑1)通过抽气口II(16)连接真空泵组II(17)；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，所述菲涅尔波带片I(6)、小孔(7)、菲涅尔波带片II(8)、探测器(9)、样品(10)、样品台(11)、位移台(12)均位于腔体II(3‑2)内，菲涅尔波带片I(6)位于分流器(5)后方，位移台(12)能够三维移动，探测器(9)、位移台(12)分别电缆连接计算机(13)，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)，喷射头(4)内径为10微米，分流器(5)内径为150微米，喷射头(4)和分流器(5)距离为20毫米，其特征是：所述小孔(7)的中心位于喷射头(4)出口中心与分流器(5)入口中心的连线的延长线上，所述小孔(7)位于菲涅尔波带片I(6)和菲涅尔波带片II(8)之间，小孔(7)孔径为10微米，原子束流能够依次通过分流器(5)、菲涅尔波带片I(6)、小孔(7)、菲涅尔波带片II(8)后射到样品(10)表面，样品(10)固定于样品台(11)上且位于菲涅尔波带片II(8)后方，样品台(11)固定于位移台(12)，样品(10)表面与z轴方向呈45度角，探测器(9)位于样品(10)表面的一侧，探测器(9)的原子入口与样品(10)表面呈45度角，探测器(9)能够探测被样品(10)表面反射的原子。...

【技术特征摘要】
1.一种斜入射式原子束显微装置，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)、菲涅尔波带片I(6)、小孔(7)、菲涅尔波带片II(8)、探测器(9)、样品(10)、样品台(11)、位移台(12)、计算机(13)、抽气口I(14)、真空泵组I(15)、抽气口II(16)，真空泵组II(17)，xyz为三维坐标系，定义喷射头(4)出口中心与分流器(5)入口中心的连线为z轴方向，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(14)连接真空泵组I(15)，腔体I(3-1)通过抽气口II(16)连接真空泵组II(17)；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，所述菲涅尔波带片I(6)、小孔(7)、菲涅尔波带片II(8)、探测器(9)、样品(10)、样品台(11)、位移台(12)均位于腔体II(3-2)内，菲涅尔波带片I(6)位于分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向平，赵永建，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33