用于产生电子束的电子源制造技术

本发明专利技术涉及一种用于产生电子束(8)的电子源(2)，其具有由碳化硅衬底(5)外延生长的以石墨烯层(6,12)形式的阴极(1)和阳极(4)。本发明专利技术适用于小型化高能聚焦电子束源的整体制备，包括其用作片上X射线源。所有元件都可以由单个碳化硅芯片或在单个碳化硅芯片上制备。碳化硅芯片或在单个碳化硅芯片上制备。碳化硅芯片或在单个碳化硅芯片上制备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生电子束的电子源


[0001]本专利技术涉及一种用于产生电子束的电子源。此外，本专利技术涉及一种用于产生电子束的方法。

技术介绍

[0002]电子源用于电子显微镜和产生X射线等。特别是在电子显微镜中，需要高亮度和低能量色散的点光源；同时，在尽可能非临界的真空条件下，需要高稳定性和长寿命。
[0003]从现有技术中已知具有低亮度但结构简单的热发射器。还已知的是单晶钨或LaB6场效应发射器，其具有高亮度，但由于离子轰击而需要极高的真空度，并且只能在短时间内稳定运行。最后，还已知所谓的肖特基发射器，其在高温下运行并且代表场效应发射器和更稳定的热发射器之间的合理折衷。然而，肖特基发射器价格昂贵，通常需要手动选择，安装时需要进行复杂的调整；而且，其耐用性仅限于一年到几年。
[0004]《自然通讯》,9(2018)1288中,X.Shao,A.Srinivasan,W.K.Ang,A.Khursheed提出一种高亮度大直径石墨烯涂层点阴极场发射电子源,给出了对不同类型的源的最新评估。该论文还公开了一种场效应发射器，其具有由石墨烯涂层的镍制成的阴极。
[0005]不利的是，制造已知的电子源可能成本高昂。而且，对于已知的电子源，所需组装空间的大小也可能是不利的。特别是，对于已知的电子源，阴极和用于从阴极提取电子的装置形成离散的组件可能是不利的。类似地，在以电子光学、后加速和/或电子控制为特点的已知电子源中，这些组件形成为与阴极和/或用于提取电子的装置的离散的组件可能是不利的。

技术实现思路
/>[0006]专利技术目的
[0007]本专利技术的目的是提供一种用于产生电子束的改进的电子源。此外，本专利技术的目的是提供一种用于产生电子束的改进的方法。特别是，本专利技术旨在克服现有技术中已知的用于产生电子束的电子源和方法的缺点。
[0008]本专利技术的解决方案
[0009]所有权利要求中的附图标记都不具有限制作用，而仅用于提高其可读性。
[0010]使用具有权利要求1的特征的电子源成功解决了设定任务。根据本专利技术的电子源具有包括碳化硅衬底的阴极。就本专利技术而言，电子源的元件(例如，阴极)的衬底是元件(以及可能的其他元件)直接牢固地设置在其上的材料(在元件与衬底直接机械连接时)或间接牢固地设置在其上的材料(在该元件通过另一元件或另一材料与衬底机械连接时)。
[0011]就本专利技术而言，碳化硅可能具有缺陷和/或掺杂有外来原子。它可以是单晶的或多晶的。
[0012]对于本专利技术的该方面，可以利用碳化硅具有良好的耐高压的事实。还可以利用工艺可用于以工业规模制造碳化硅的事实。最后，使用碳化硅可以有利地实现表面电流在几
千伏的电势差(比如电子源所需的电势差)下仅起次要作用。
[0013]通过本专利技术，电子源的数个元件可以有利地设置在公共的碳化硅封装衬底上，这可以实现更高的集成度。这可以简化根据本专利技术的电子源的制造。还可以有利地实现小型化，即减小电子源所需的安装空间。特别是，通过本专利技术可以实现片上电子源。
[0014]通过本专利技术，电子源的一个或多个元件还可以有利地与其他电子、机械或机械电子元件设置在公共的碳化硅封装衬底上，这可以实现更高的集成度。这可以简化包括电子源的装置的制造。还可以有利地实现小型化，即减小包括电子源的装置所需的安装空间。特别是，通过本专利技术可以实现包括电子源的片上装置。
[0015]此外，通过用于产生电子束的电子源成功解决了根据本专利技术的问题，该电子源包括具有石墨烯层的阳极。
[0016]就本专利技术而言，石墨烯层是石墨烯单层或具有至多100个叠加的石墨烯单层的石墨烯多层。在本文中，石墨烯单层是指以六方晶格设置的单层碳原子。根据本专利技术的石墨烯单层可以被局部地或完全地化学改性，具有晶格畸变和/或缺陷和/或掺杂有外来原子。完全或局部氧化的石墨烯层也是就本专利技术而言的石墨烯层。然而，优选的石墨烯层没有或仅部分氧化或化学改性。根据本专利技术的多层石墨烯层优选地具有少于50个单层，特别优选地少于15个单层，特别优选地少于4个单层，优选地少于3个单层。
[0017]对于本专利技术的该方面，可以利用石墨烯是具有特别高的容许电流密度的材料之一的事实。本专利技术还可以受益于石墨烯非常坚固的事实。
[0018]该任务的解决方案还通过具有权利要求15的特征的用于产生电子束的方法来实现。在根据本专利技术的方法中，电子从具有包括碳化硅的衬底的阴极发射。替代地或附加地，电子向包括石墨烯层的阳极加速。
[0019]本专利技术适用于小型化高能聚焦电子束源的整体制备，包括其用作片上X射线源。根据本专利技术的电子源的所有元件都可以由单个碳化硅芯片或在单个碳化硅芯片上制备。
[0020]本专利技术的优选实施例
[0021]可以单独使用或彼此组合使用的有利实施例和进一步发展是从属权利要求和以下说明的主题。
[0022]特别优选地，衬底主要由碳化硅组成，特别优选地完全由碳化硅组成。本专利技术的优选碳化硅是多型体4H
‑
SiC和6H
‑
SiC中的一种。
[0023]优选阴极包括石墨烯层，优选地，阴极由一个或多个石墨烯层组成。阴极的一个或多个优选石墨烯层与衬底的碳化硅接触。阴极的石墨烯层优选地由碳化硅外延生长，例如通过热分解。从K.V.Emtsev,A.Bostwick,K.Horn,J.Jobst,G.L.Kellogg,L.Ley,J.L.McChesney,T.Ohta,S.A.Reshanov,J.Rohrl,E.Rotenberg,A.K.Schmid,D.Waldmann,H.B.Weber,T.Seyller的通过碳化硅的大气压石墨化实现晶圆尺寸石墨烯层,《自然材料》,8(2009)203
‑
207和Hertel,F.Kisslinger,J.Jobst,D.Waldmann,M.Krieger,H.B.Weber的外延石墨烯的电流退火和电击穿,《应用物理快报》,98(2011)212109中，已知一种用于制造基于碳化硅的外延石墨烯的合适方法。
[0024]所述方法也以类似的方式适用于4H
‑
SiC。
[0025]外延石墨烯，特别是碳化硅上的外延石墨烯，可以有利地允许特别高的电流密度并且非常坚固。本专利技术可以利用这一点来实现大电流或承受反向加速的寄生离子轰击，从
而使根据本专利技术的电子源能够稳定运行。
[0026]优选电子源包括阳极。它还优选地在阴极和阳极之间具有加速轨道，以基于阴极和阳极之间的电势差(也称为提取电压)从阴极提取电子并且使电子从阴极向阳极加速。在本专利技术的优选实施例中，势差大于100V(伏)，优选地大于300V，特别优选地大于1kV(千伏)，特别优选地大于9kV，特别优选地大于15kV。势差优选地小于40kV，特别优选地小于30kV，特别优选地小于25kV，例如20kV。本专利技术的该实施例特别适用于用于产生X射线的电子源。在本专利技术的优选实施例中，势差大于90kV，优选地大于200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过阴极(1)产生电子束(8)的电子源(2)，其特征在于，所述电子源(2)进一步包括所述阴极(1)的具有碳化硅的衬底(5)。2.根据权利要求1所述的电子源(2)，其特征在于，所述阴极(1)包括由所述衬底(5)的所述碳化硅外延生长的石墨烯层(6)。3.根据前述权利要求中的任一项所述的电子源(2)，其特征在于，所述电子源(2)进一步具有阳极(4)。4.一种用于产生电子束(8)的电子源(2)，所述电子源(2)包括具有石墨烯层(12)的阳极(4)。5.根据权利要求3或4所述的电子源(2)，其特征在于，所述阳极(4)设置在具有碳化硅的衬底(5)上。6.根据权利要求3
‑
5中的任一项所述的电子源(2)，其特征在于，所述阴极(1)和所述阳极(4)设置在相同的衬底(5)上。7.根据权利要求3
‑
5中的任一项所述的电子源(2)，其特征在于，所述阳极包括第二衬底。8.根据权利要求3
‑
7中的任一项所述的电子源(2)，其特征在于，所述阴极的石墨烯层(6)设置为使得电子在所述阴极(1)的所述石墨烯层的边缘(3)发射以向所述阳极(4)加速。9.根据权利要求2
‑
8中的任一项所述的电子源(2)，其特征在于，所述阴极的所述石墨烯层配置为条带。10.根据权利要求3
‑
9中的任一项所述的电子源(2)，其特征在于，所述阴极具有石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：埃朗根纽伦堡弗里德里希，
类型：发明
国别省市：