一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置及其塑形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置及其塑形方法。本發(fā)明的塑形裝置包括：真空腔室、真空抽氣系統(tǒng)、真空度測量系統(tǒng)、電子槍組件、電源系統(tǒng)和電子束成像系統(tǒng)。本發(fā)明在場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端加熱發(fā)生鈍化，并在陽極上加載臨界電場形成場致發(fā)射，發(fā)射體尖端的表面張力和附加電場產(chǎn)生的電場力在表面達到平衡，實現(xiàn)塑形；經(jīng)過場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形后，其發(fā)射體尖端形成穩(wěn)定的發(fā)射面，穩(wěn)定的發(fā)射面能使場發(fā)射電子源發(fā)射的電子束束流具有發(fā)射電流大，發(fā)射方向集中，角電流密度高，單色性好和穩(wěn)定的束流發(fā)射等特點。
【專利說明】一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置及其塑形方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及場發(fā)射電子源，具體涉及一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置及其塑形方法。
【背景技術】
[0002]場發(fā)射電子顯微鏡作為人類探索微觀世界的重要工具，以其獨特的高分辨及分析分析性能，被廣泛地應用于材料科學、生命科學、半導體工業(yè)以及地質、能源、醫(yī)療、制藥等諸多領域，在人類科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大作用。
[0003]場發(fā)射電子源是場發(fā)射電子顯微鏡的核心部件之一,其性能決定著場發(fā)射電鏡中主要的電子光學性能參數(shù)，它包括電子槍的發(fā)射角電流密度、電子束總發(fā)射束流、電子的能量分散、電子束的穩(wěn)定度及電子源的使用壽命等。
[0004]目前，用于場發(fā)射電鏡的電子源主要有兩種，即:冷場發(fā)射電子源和氧化鋯/鎢肖特基場發(fā)射電子源(ZrO/W Schottky)場發(fā)射電子源,而ZrO/W Schottky場發(fā)射電子源以其亮度高、束流大、束穩(wěn)定性好、電子能量分散小等優(yōu)點，愈來愈受到電鏡生產(chǎn)廠商和使用者的青睞。
[0005]ZrO/W Schottky場發(fā)射電子源的基本構成如圖1所示:帶有兩個電子源電極43的陶瓷柱44，在電子源電極43上面焊接一個V型發(fā)叉鎢絲42 (直徑在0.1?0.2mm)，再在V型發(fā)叉鶴絲42的尖端焊接一根單晶鶴絲41 (直徑在0.1?0.2mm),將單晶鶴絲的尖端腐蝕出曲率半徑小于I微米的尖端，在單晶鎢絲上制備上氧化鋯(ZrO)，作為場發(fā)射電子源發(fā)射體。再將場發(fā)射電子源安裝到一個金屬柵帽中構成場發(fā)射電子源組件。
[0006]通過電化學腐蝕及表面氧化處理后獲得的場發(fā)射電子源發(fā)射體(單晶鎢絲)前端是有一定曲率半徑的尖，尖端曲率半徑大約在lum，比較尖銳。場發(fā)射電子源實際工作在高溫(約1800K)條件下，這種具有尖銳尖端的發(fā)射體，尖端由于受熱，原子顯著遷移，無法穩(wěn)定工作。

【發(fā)明內容】

[0007]針對電化學腐蝕及表面氧化處理后曲率半徑小的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端在高溫下無法穩(wěn)定工作的問題，本發(fā)明提出一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置及其塑形方法，場發(fā)射電子源發(fā)射體的尖端經(jīng)過塑形后，其尖端形成穩(wěn)定的發(fā)射面，穩(wěn)定的發(fā)射面能使場發(fā)射電子源發(fā)射的電子束束流有集中的發(fā)射方向，較大的發(fā)射束流和穩(wěn)定的束流發(fā)射等特點。
[0008]本發(fā)明的一個目的在于提供一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置。
[0009]本發(fā)明的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置包括:真空腔室、真空抽氣系統(tǒng)、真空度測量系統(tǒng)、電子槍組件、電源系統(tǒng)和電子束成像系統(tǒng)；其中，真空腔室的表面分別通過法蘭口連接真空抽氣系統(tǒng)和真空度測量系統(tǒng)；電子槍組件通過電子槍法蘭口安裝在真空腔室內，并通過導電引線與真空腔室外部的電源系統(tǒng)相連接；在真空腔室的表面與電子槍組件相對，通過觀察窗法蘭口安裝電子束成像系統(tǒng)。
[0010]電子槍組件包括場發(fā)射電子源組件和帶有陽極的電子源組件連接座；其中，場發(fā)射電子源組件包括:單晶鎢絲作為場發(fā)射電子源發(fā)射體，場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端作為陰極，單晶鎢絲通過發(fā)叉鎢絲焊接在陶瓷柱上的兩個電子源電極上；以及金屬柵帽，金屬柵帽的頂部中心具有柵極孔形成柵極，焊接陰極的陶瓷柱裝入金屬柵帽中，使發(fā)射體尖端穿出金屬柵帽頂部的柵極孔；帶有陽極的電子源組件連接座包括:中心具有通孔的陽極、絕緣墊和電子槍連接件；陽極通過絕緣墊安裝到電子槍連接件上；場發(fā)射電子源組件用柵極固定環(huán)固定，裝入電子源組件連接座中。
[0011]柵極的中間通孔是直徑為0.35?0.4mm的通孔，圓形金屬陽極片中心的通孔直徑為0.4mm ;要求柵極的通孔、陽極的通孔與單晶鎢絲共軸。單晶鎢絲尖端與柵極間距為約0.2mm，單晶鎢絲尖端與陽極間的間距約0.5臟，柵極與陽極間的間距約0.7mm。陽極加載一個強的正電壓，正電壓與陰極之間形成強電場，在強電場作用下，陰極表面勢壘下降并彎曲，在加熱條件下，陰極內部的電子通過遂穿離開陰極，形成電子的場致發(fā)射。柵極加載一個弱的負電壓，與陰極之間形成弱的負電場，抑制陰極以外的區(qū)域產(chǎn)生的場致發(fā)射，并對陽極產(chǎn)生的電場起調節(jié)作用。
[0012]電子槍法蘭口采用刀口法蘭，中間用銅圈密封，通過陶瓷封接的四條導電引線，將電子槍組件與外部的電源系統(tǒng)連接。
[0013]電源系統(tǒng)包括:電子源電源、柵極電源和陽極電源；電子源電源通過一對導電引線與場發(fā)射電子源的兩個電子源電極相連接，通過控制電子源電流為場發(fā)射電子源的發(fā)射體加熱；柵極電源通過導電引線與柵極相連接，通過控制柵極電壓對電場起調節(jié)作用；陽極電源通過導電引線與陽極相連接，通過控制陽極電壓使發(fā)射體產(chǎn)生場致發(fā)射，形成電子束。
[0014]電子束成像系統(tǒng)包括透明的觀察窗和熒光屏；觀察窗通過觀察窗法蘭口安裝在真空腔室的表面；熒光屏通過安裝架安裝在觀察窗的內側。熒光屏采用釔鋁石榴石(Ce = YAG)單晶熒光屏，熒光屏在電子束轟擊下會發(fā)光，用于獲得場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的圖像。進一步，在電子束成像系統(tǒng)后安裝攝像系統(tǒng)，記錄電子束轟擊形成的圖像。采用單晶熒光屏與普通玻璃蒸鍍熒光粉的熒光屏相比具有以下好處:熒光屏亮度更高，有利于成像細節(jié)的觀察；表面不會吸附很多氣體，有利于超高真空的保持；單晶材料的熒光屏壽命比熒光粉的熒光屏要長得多。
[0015]在真空腔室外纏裹加熱帶，加熱帶連接至加熱帶電源；對真空腔室抽真空通過兩級的真空抽氣系統(tǒng)和加熱帶共同實現(xiàn)。真空抽氣系統(tǒng)包括無油干泵和分子泵；前級使用無油干泵，進行預抽真空，預抽真空致真空腔室的真空度優(yōu)于1.0xlO-3 τ ;分子泵進一步抽高真空，使真空腔室的真空度優(yōu)于1.0χ10_6τ ;此時，連通加熱帶電源，逐漸升高加熱電流，使真空腔室內部的溫度達到400K?550Κ之間，通過加熱帶給真空腔室升溫加熱，對真空腔室內部進行高溫去氣，保持這種高溫去氣大于10小時,然后關掉加熱帶電源，隨著溫度降低，真空腔室的真空度會逐漸變好，使真空腔室的真空度優(yōu)于1.0xlO-9 τ，最終實現(xiàn)真空腔室的超高真空的目的。若加熱帶加熱溫度太低，低于400 K，不能達到去氣的目的，若溫度太高，高于550 K，將會損傷真空腔室的材料。
[0016]真空腔室的表面通過法蘭口連接真空度測量系統(tǒng)，實時準確地測量真空腔室內部的真空度。
[0017]法蘭口采用刀口法蘭，中間用銅圈密封，這種結構能夠實現(xiàn)高溫條件下的超高真空。
[0018]本發(fā)明進一步包括測溫窗和比色測溫儀，透明的測溫窗通過測溫窗法蘭口安裝在反應室的表面，比色測溫儀通過測溫窗觀察到單晶鎢絲加熱時發(fā)光的顏色，通過比色測量出場發(fā)射電子源的單晶鎢絲在加熱時的溫度。測溫窗采用經(jīng)過溫度校準的石英玻璃?；蛘咴趫霭l(fā)射電子源發(fā)射體表面涂層處理時，得到電子源電流與單晶鎢絲的溫度之間的關系，通過調節(jié)電子源電流控制單晶鎢絲的溫度。場發(fā)射電子源發(fā)射體表面涂層處理裝置中，透明的觀察窗安裝在反應室的表面，比色測溫儀通過觀察窗觀察到單晶鎢絲加熱時發(fā)光的顏色，通過比色測量出場發(fā)射電子源的單晶鎢絲在加熱時的溫度，并得到電子源電流與單晶鎢絲的溫度的關系。
[0019]進一步，在電子束成像系統(tǒng)后，真空腔室外安裝圖像采集裝置，可以自動定時獲取熒光屏上電子束形成的圖像，記錄場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形過程。
[0020]場發(fā)射電子源發(fā)射體是單晶鎢絲，軸向的晶體取向是〈100〉方向，發(fā)射體尖端的晶面呈層層臺階狀。通過陰極對場發(fā)射電子源供電，使其升溫達到1800K左右，在高溫下，尖端的鎢原子由于熱運動會向臺階處發(fā)生移動，尖端的鎢原子向下遷移，結果使得整個發(fā)射體尖端逐漸“變鈍”，導致發(fā)射體尖端的曲率半徑逐漸變大，這個過程稱為發(fā)射體尖端的鈍化。在沒有其他外因作用情況下，這個過程會持續(xù)進行。若在鈍化過程中，在發(fā)射體尖端增加一個足夠強的恒定電場，場發(fā)射電子源會產(chǎn)生場致發(fā)射，形成電子束。要求電場強度大于臨界電場Ftl, F0由發(fā)射體尖端的曲率半徑和陰極與陽極之間的幾何關系確定。本發(fā)明經(jīng)長期研究得到，發(fā)射體尖端的曲率半徑在0.6?1.5um，對應的臨界電場強度Ftl為IO7?108V/cm。兩者共同作用使發(fā)射體尖端“變鈍”的宏觀的表面張力和附加電場產(chǎn)生的電場力方向相反，互相減弱。經(jīng)過一段時間后，發(fā)射體尖端的晶面坍塌的“變鈍”過程逐漸變緩，宏觀的表面張力和附加電場逐步達到動態(tài)平衡，此時，尖端會形成一個大小穩(wěn)定的發(fā)射面，這個過程稱為場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形。
[0021]場發(fā)射電子源形成電子束，高能的電子束轟擊到對面的熒光屏上會形成亮斑，SP場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的圖像，這樣的發(fā)射體尖端的塑形過程可以通過熒光屏進行觀察。在場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形初期，在熒光屏上可以看到很多密集的同心圓環(huán)亮斑，來源于發(fā)射體尖端的鎢〈100〉取向的不同臺階面發(fā)射電子的成像。隨著時間的增加，同心圓環(huán)將由內向外擴展，外環(huán)擴展到邊界消失。起初這個過程變化較快，發(fā)射體尖端形成的圖像圓斑比較密集，然后變化逐漸變緩，發(fā)射體尖端的圖像圓斑也逐漸變疏，經(jīng)歷數(shù)小時(3?6小時)后，發(fā)射斑漸漸形成一個穩(wěn)定完整的圓斑，其外圍沒有額外的環(huán)帶，此時發(fā)射體尖端的塑形過程完成。
[0022]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形方法。
[0023]本發(fā)明的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形方法，包括以下步驟:
[0024]I)將準備塑形的場發(fā)射電子源組件安裝到電子源組件連接座中形成電子槍組件，再將電子槍組件通過電子槍法蘭口安裝到真空腔室內；
[0025]2 )通過導電引線將電子槍組件與外部的電源系統(tǒng)連接，為真空腔室內部的電子槍組件的陰極、柵極和陽極提供電源；[0026]3)對真空腔室內部抽真空，同時,通過真空度測量系統(tǒng)實時測量真空腔室的真空度；
[0027]4)當真空腔室的真空度優(yōu)于IxlO-9T時，打開電子源電源，給場發(fā)射電子源通電，通過調節(jié)電子源電流使電子源逐漸升溫，當溫達到1750?1850K時，打開柵極電源，加載柵極電壓達到-300V至-500V之間，再打開陽極電源，逐漸加載陽極電壓，緩慢的升至臨界電場Ftl，此時，場發(fā)射電子源會產(chǎn)生場致發(fā)射，在陽極電場的作用下，形成電子束，高能電子束飛躍真空腔室轟擊到對面的熒光屏上形成亮斑，即場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的圖像，此時場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形開始；
[0028]5)塑形初期，在熒光屏上可以看到密集的同心圓環(huán)亮斑，是來源于發(fā)射體尖端的鎢〈100〉晶向的不同臺階面發(fā)射電子形成的圖像，隨著時間的增加，同心圓環(huán)將由內向外擴展，外環(huán)擴展到邊界消失，起初這個過程變化較快，發(fā)射體尖端的圓斑圖像比較密集，經(jīng)歷多個周期變化后，這種圓環(huán)圖像外展的過程逐漸變緩，發(fā)射體尖端的圓斑圖像也逐漸變疏，經(jīng)歷3?6小時后，最終漸漸形成一個穩(wěn)定完整的圓斑，其外圍沒有額外的環(huán)帶，此時發(fā)射體尖端的塑形過程完成，整個過程可以通過觀察窗觀察，并可通過圖像采集裝置記錄；
[0029]6)發(fā)射體尖端的塑形完成后，先緩慢退掉陽極電壓，再退掉柵極電壓，最后退掉電子源電流。
[0030]其中，在步驟4)中，發(fā)射體尖端的曲率半徑在0.6?1.5um之間，對應的臨界電場強度Ftl為IO7?108V/cm。在場發(fā)射電子源發(fā)射體表面涂層處理時，得到電子源電流與單晶鎢絲的溫度之間的關系。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0032]本發(fā)明在場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端加熱發(fā)生鈍化，并在陽極上加載臨界電場形成場致發(fā)射，發(fā)射體尖端的表面張力和附加電場產(chǎn)生的電場力在表面達到平衡，實現(xiàn)塑形；經(jīng)過場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形后，其發(fā)射體尖端形成穩(wěn)定的發(fā)射面，穩(wěn)定的發(fā)射面能使場發(fā)射電子源發(fā)射的電子束束流具有發(fā)射電流大，發(fā)射方向集中，角電流密度高，單色性好和穩(wěn)定的束流發(fā)射等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為場發(fā)射電子源的結構示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置的結構示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置的電子槍法蘭口的剖面圖；
[0036]圖4為本發(fā)明的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置的電子槍組件的示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明的電子槍組件中陰極、柵極和陽極之間的幾何尺寸關系的四分之一的軸剖面圖；
[0038]圖6為本發(fā)明的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端經(jīng)歷一個塑型周期的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0040]如圖2所示，本實施例的場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置包括:真空腔室1、真空抽氣系統(tǒng)2、真空度測量系統(tǒng)3、電子槍組件4、電源系統(tǒng)5和電子束成像系統(tǒng)6 ;其中，真空腔室I的下表面通過法蘭口 20連接真空抽氣系統(tǒng)2，上表面通過法蘭口 30連接真空度測量系統(tǒng)3 ；電子槍組件4通過電子槍法蘭口 40安裝在真空腔室I內，并通過導電引線與真空腔室外部的電源系統(tǒng)5相連接；在真空腔室的表面與電子槍組件相對，通過觀察窗法蘭口 60安裝電子束成像系統(tǒng)6。觀察窗通過觀察窗法蘭口 60安裝在電子槍組件4的對面，熒光屏61通過安裝架安裝在觀察窗的內側。在觀察窗后，安裝圖像采集裝置，圖像采集裝置采用CCD相機，可以自動定時獲取熒光屏上電子束形成的圖像。真空抽氣系統(tǒng)2包括無油干泵21和分子泵22。
[0041]如圖3所示，電子槍法蘭口 40采用刀口法蘭，中間用銅圈密封，通過陶瓷52封接的四條導電引線51，將電子槍組件與外部的電源系統(tǒng)5連接。四條導電引線分別連接兩個電子源電極43、柵極45和陽極46。
[0042]如圖4所示，電子槍組件包括:場發(fā)射電子源組件和帶有陽極的電子源組件連接座；其中，場發(fā)射電子源組件包括:單晶鎢絲41、發(fā)叉鎢絲42、兩個電子源電極43、陶瓷柱44和金屬柵帽45 ;單晶鎢絲41作為場發(fā)射電子源發(fā)射體，場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端作為陰極，單晶鎢絲41通過發(fā)叉鎢絲42焊接在陶瓷柱44上的兩個電子源電極43上；金屬柵帽45的頂部中心具有柵極孔形成柵極，焊接陰極的陶瓷柱裝入金屬柵帽45中，使發(fā)射體尖端穿出金屬柵帽頂部的柵極孔，構成場發(fā)射電子源組件。帶有陽極的電子源組件連接座包括:中心具有通孔的陽極46、絕緣墊47和電子槍連接件48 ；陽極46通過絕緣墊47安裝到電子槍連接件48上，并通過絕緣墊47與周圍絕緣，絕緣墊47的材料采用陶瓷或者藍寶石。在場發(fā)射電子源組件外套上柵極固定環(huán)49固定，再裝入電子源組件連接座中構成電子槍組件。其中，柵極固定環(huán)49與電子槍連接件48之間的接觸面為定位面，保證陽極與陰極和柵極間的位置。電子槍組件通過電子槍連接件48與電子槍法蘭口 40連接。兩個電子源電極43、通過導電引線，與真空腔室外部的電源系統(tǒng)的電子源電源相連接。柵極45經(jīng)由柵極連接孔451通過一條導電引線51相連至柵極電源，陽極46經(jīng)由陽極連接孔461通過另一條導電引線51相連至陽極電源。
[0043]圖5是場發(fā)射電子槍組件中陰極、柵極和陽極之間的幾何尺寸關系示意圖(四分之一的軸剖面圖)。圖4中，Lte為陰極到陽極之間的距離，Lse為柵極到陽極之間的距離，Re為陽極孔的半徑，Rs為柵極孔的半徑，其中:Lte=0.5mm, Lse=0.7mm, Re=Rs=0.2mm。
[0044]在本實施例中，場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的曲率半徑為0.94um,電子源電源的電流為2.47A (發(fā)射體尖端的溫度為1800K)，柵極電壓為-300V，陽極電壓為4230V (滿足F。條件)，真空腔室的真空度優(yōu)于1χ10_9 τ。在上述條件下，場發(fā)射源發(fā)射體尖端，電子從產(chǎn)生由內向外擴散到邊界至消失，經(jīng)歷了完整的一個塑型周期，一個的塑型周期歷時40分鐘，如圖6中(a)至(f)所示。
[0045]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內容，本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端塑形裝置，其特征在于，塑形裝置包括:真空腔室(I)、真空抽氣系統(tǒng)(2)、真空度測量系統(tǒng)(3)、電子槍組件(4)、電源系統(tǒng)(5)和電子束成像系統(tǒng)(6);其中，所述真空腔室(I)的表面分別通過法蘭口連接真空抽氣系統(tǒng)(2)和真空度測量系統(tǒng)(3 );所述電子槍組件(4 )通過電子槍法蘭口( 40 )安裝在真空腔室(I)內，并通過導電引線(51)與真空腔室外部的電源系統(tǒng)(5)相連接；在所述真空腔室的表面與電子槍組件(4 )相對，通過觀察窗法蘭口( 60 )安裝電子束成像系統(tǒng)(6 )。
2.如權利要求1所述的塑形裝置，其特征在于，所述電子槍組件包括場發(fā)射電子源組件和帶有陽極的電子源組件連接座；其中，所述場發(fā)射電子源組件包括:單晶鎢絲(41)作為場發(fā)射電子源發(fā)射體，場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端作為陰極，單晶鎢絲(41)通過發(fā)叉鎢絲(42)焊接在陶瓷柱(44)上的兩個電子源電極(43)上；以及金屬柵帽(45)，金屬柵帽的頂部中心具有柵極孔形成柵極，焊接陰極的陶瓷柱裝入金屬柵帽(45)中，使發(fā)射體尖端穿出金屬柵帽頂部的柵極孔；所述帶有陽極的電子源組件連接座包括:中心具有通孔的陽極(46)、絕緣墊(47)和電子槍連接件(48);陽極(46)通過絕緣墊安裝到電子槍連接件(48)上；場發(fā)射電子源組件用柵極固定環(huán)(49)固定，裝入電子源組件連接座中。
3.如權利要求1所述的塑形裝置，其特征在于，所述電源系統(tǒng)(5)包括:電子源電源、柵極電源和陽極電源；所述電子源電源通過一對導電引線與場發(fā)射電子源的兩個電子源電極相連接；所述柵極電源通過導電引線與柵極相連接；所述陽極電源通過導電引線與陽極相連接。
4.如權利要求1所述的塑形裝置，其特征在于，所述電子束成像系統(tǒng)(6)包括透明的觀察窗和熒光屏(61);所述觀察窗通過觀察窗法蘭口(60)安裝在真空腔室(I)的表面；所述熒光屏(61)通過安裝架安裝在觀察窗的內側。
5.如權利要求1所述的塑形裝置，其特征在于，進一步包括加熱帶，在所述真空腔室(I)外纏裹加熱帶，加熱帶連接至加熱帶電源。
6.如權利要求5所述的塑形裝置，其特征在于，所述真空抽氣系統(tǒng)(2)包括無油干泵(21)和分子泵(22);前級使用無油干泵，進行預抽真空，預抽真空致真空腔室的真空度優(yōu)于.1.0xlO-3 τ ;分子泵進一步抽高真空，使真空腔室的真空度優(yōu)于1.0xlO-6 τ。
7.如權利要求1所述的塑形裝置，其特征在于，進一步包括圖像采集裝置，在所述電子束成像系統(tǒng)(6)后，真空腔室(I)外安裝圖像采集裝置。
8.—種場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形方法，其特征在于，所述塑形方法包括以下步驟: I)將準備塑形的場發(fā)射電子源組件安裝到電子源組件連接座中形成電子槍組件，再將電子槍組件通過電子槍法蘭口安裝到真空腔室內； . 2 )通過導電引線將電子槍組件與外部的電源系統(tǒng)連接，為真空腔室內部的電子槍組件的陰極、柵極和陽極提供電源； .3)對真空腔室內部抽真空，同時，通過真空度測量系統(tǒng)實時測量真空腔室的真空度； . 4)當真空腔室達到真空時，打開電子源電源，給場發(fā)射電子源通電，通過調節(jié)電子源電流使電子源逐漸升溫，打開柵極電源，加載柵極電壓，再打開陽極電源，逐漸加載陽極電壓，緩慢的升至臨界電場Ftl，此時，場發(fā)射電子源會產(chǎn)生場致發(fā)射，在陽極電場的作用下，形成電子束，高能電子束飛躍真空腔室轟擊到對面的熒光屏上形成亮斑，此時場發(fā)射電子源發(fā)射體尖端的塑形開始； 5)塑形初期，在熒光屏上可以看到密集的同心圓環(huán)亮斑，經(jīng)歷多個周期變化后，最終漸漸形成一個穩(wěn)定完整的圓斑，其外圍沒有額外的環(huán)帶，此時發(fā)射體尖端的塑形過程完成； 6)發(fā)射體尖端的塑形完成后，先緩慢退掉陽極電壓，再退掉柵極電壓，最后退掉電子源電流。
9.如權利要求8所述的塑形方法，其特征在于，在步驟4)中，當真空腔室的真空度優(yōu)于1χ10_9 τ時，打開電子源電源；當溫達到1750~1850Κ時，打開柵極電源；加載柵極電壓達到-300V至-500V之間。
10.如權利要求 8所述的塑形方法，其特征在于，在步驟4)中，發(fā)射體尖端的曲率半徑在0.6~1.5um之間，對應的臨界電場強度Ftl為IO7~108V/cm。
【文檔編號】H01J9/02GK103943437SQ201410158154
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權日:2014年4月18日
【發(fā)明者】徐軍, 劉亞琪, 王朋博, 袁明藝, 饒先拓, 陳莉, 朱瑞 申請人:北京大學