一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置及方法与流程

本发明涉及电镜扫描，具体涉及一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置及方法。

背景技术：

1、生命科学、纳米材料、半导体等领域的技术快速发展，对扫描电镜性能提出更高要求。电子枪作为扫描电镜的核心关键部件，可提供稳定的电子束，其性能直接决定着扫描电镜的各项技术指标。电子枪性能测试装置是电子枪开发的关键，可以提供一个稳定的真空环境进行性能测试，且不占用扫描电镜使用时间。

2、电子枪的性能测试包括机械性能、发射性能和使用寿命等，机械性能包括对中性、耐压性等；发射性能包括亮度、束偏转、阳极处电流和束流稳定度等。

3、所以急需一种测试装置，可对扫描电镜用热场发射电子枪的性能进行定量评测，包括：对中性、耐压性、亮度、束偏转特性、阳极处电流和束流稳定度。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电子枪性能测试中没有一种测试装置可以同时测试多种性能的缺陷，从而提供一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置及方法。

2、为解决上述问题，本发明提供了一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，包括：

3、电子枪，适于发射电子束；

4、主体，内部具有检测空间，检测空间适于容纳所述电子枪；

5、真空获得组件，与所述检测空间连通，所述真空获得组件适于对所述检测空间进行抽真空工作；

6、荧光屏，设置在所述检测空间内；所述荧光屏适于接收所述电子枪发射出的电子束，所述荧光屏适于显示所述电子束斑的直径；

7、偏转结构，设置在所述检测空间内，所述偏转结构通过改变的磁场实现控制电子束的偏移；

8、真空计，设置在所述检测空间内，所述真空计适于实时监测检测空间内的真空度；

9、束流计，设置在所述检测空间内，所述束流计适于接收所述电子枪发射出的电子束，并得到电子束的束流值。

10、作为优选方案，所述束流计包括：

11、法拉第杯，设置在所述检测空间内，所述法拉第杯用于收集电子束；

12、皮安表，适于与所述法拉第杯连接，所述皮安表适于读取所述法拉第杯内电子束流值；

13、驱动件，端部与法拉第杯连接；所述驱动件驱动所述法拉第杯在所述检测空间内移动。

14、作为优选方案，所述真空获得组件包括第一真空器和第二真空器；所述第一真空器通过第一旁通管路与所述检测空间连通，所述第二真空器通过第二旁通管路与所述检测空间连通；所述第二旁通管路与所述检测空间连通，所述第一旁通管路与所述第二旁通管路连通。

15、作为优选方案，所述真空获得组件还包括第一阀门和第二阀门；所述第一阀门设置在所述第一旁通管路上；所述第一阀门适于控制所述第一真空器的通断；所述第二阀门设置在所述第二旁通管路上，所述第二阀门适于控制所述第二真空器的通断。

16、作为优选方案，还包括：

17、烘烤法兰，与所述主体连接；所述烘烤法兰适于对所述检测空间进行加热。

18、作为优选方案，所述第一真空器包括真空泵，所述第二真空器包括吸气剂离子泵。

19、作为优选方案，还包括：

20、反光镜，设置在所述荧光屏的一侧；所述反光镜适于反射所述荧光屏上的画面。

21、作为优选方案，还包括：

22、阳极法兰，与所述主体连接；所述阳极法兰部分位于所述检测空间内，并与所述电子枪的阳极连接。

23、为解决上述问题，本发明提供了扫描电镜用热场发射电子枪的测试方法，包括上述中任一项所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，还包括步骤：首先将待测电子枪放置在检测空间内；随后对检测空间进行真空处理，当检测空间内的真空度达到预定值后，对电子枪进行性能测试，具体测试包括对中性的检测、耐压性的检测、亮度的检测、束偏转特效的检测、阳极处电流的检测、束流稳定度的检测。

24、作为优选方案，在对电子枪进行性能测试中，其中对中性的检测通过调节电压的大小，观察荧光屏上束斑直径的大小变化，若在条件过程中束斑变化发生晃动，及说明装配的同轴度存在问题，及电子束的对中性存在问题；其中耐压性的检测通过对电子枪通电，并通过真空计监测检测空间内的真空度变化，若通电过程中真空计的数值发生变化说明耐压性存在问题；其中亮度的检测通过亮度值进行检测；亮度值的公式为其中ib为电子束束流值，d是虚源直径，α是束半角。束流值通过法拉第杯和皮安表测得，d通过软件得到，α通过工作距离与法拉第杯的杯口直径倒推，进而得到亮度值；其中束偏转特性的检测是通过调节偏转结构的电流大小，从而改变磁场大小，电子束的偏转和位于会显示在荧光屏上，通过记录不同磁场大小以及电子束的位置，得出偏转结构与电子束调节规律，从而得到束偏转特性；其中阳极处电流的检测，是通过时刻检测皮安表的读数，保证电子枪束流值可以满足后期使用需要；其中束流稳定度的检测通过监测皮安表的读数，并采用一定时间段内最大值和最小值的差异与平均值之比的百分比作为计算方法。

25、本发明技术方案，具有如下优点：

26、1.本发明提供的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，包括：电子枪、主体、真空获得组件、荧光屏、偏转结构、真空计、束流计；在检测过程中，先将电子枪放置在主体的检测空间内，并通过真空获得组件使检测空间位真空状态，随后通过荧光屏偏转结构、真空计、束流计对扫描电镜用热场发射电子枪的性能进行定量评测，包括：对中性、耐压性、亮度、束偏转特性、阳极处电流和束流稳定度。通过本装置可以实现对电子枪进行多种性能测试，并且提高整体检测效率。

27、2.本发明提供的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，还包括法拉第杯、皮安表和驱动件，通过驱动件驱动法拉第杯的位置，从而实现皮安表对电子束的检测，当需要皮安表对电子束进行检测时，驱动件驱动法拉第杯移动，将法拉第杯移动到电子束附近，使法拉第杯收集电子束并被皮安表所检测，当皮安表不需要对电子束进行检测时，驱动件驱动法拉第杯远离电子束，电子束正常落到荧光屏上。

28、3.本发明提供的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其中真空获得组件包括第一真空器和第二真空器，第一真空器对检测空间进行第一次真空作业，第二真空器对检测空间进行第二次真空作业，通过两次真空作业保证检测空间内的真空度达到预定值。

29、4.本发明提供的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，还包括烘烤法兰，在真空获得组件在对检测空间进行抽真空过程中，烘烤法兰对检测空间进行加温，对检测空间加温可以进一步提高检测空间内的真空度。

30、5.本发明提供的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，还包括反光镜，通过反光镜反射荧光屏的画面，从而方便操作人员观察到荧光屏上的画面。

技术特征：

1.一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，所述束流计(6)包括：

3.根据权利要求1所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，所述真空获得组件(2)包括第一真空器(21)和第二真空器(24)；所述第一真空器(21)通过第一旁通管路(22)与所述检测空间(11)连通，所述第二真空器(24)通过第二旁通管路(23)与所述检测空间(11)连通；所述第二旁通管路(23)与所述检测空间(11)连通，所述第一旁通管路(22)与所述第二旁通管路(23)连通。

4.根据权利要求3所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，所述真空获得组件(2)还包括第一阀门和第二阀门；所述第一阀门设置在所述第一旁通管路(22)上；所述第一阀门适于控制所述第一真空器(21)的通断；所述第二阀门设置在所述第二旁通管路(23)上，所述第二阀门适于控制所述第二真空器(24)的通断。

5.根据权利要求4所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，所述第一真空器(21)包括真空泵，所述第二真空器(24)包括吸气剂离子泵。

7.根据权利要求1所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求1所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置，其特征在于，还包括：

9.扫描电镜用热场发射电子枪的测试方法，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的一种扫描电镜用热场发射电子枪(9)的测试装置，还包括步骤：首先将待测电子枪(9)放置在检测空间(11)内；随后对检测空间(11)进行真空处理，当检测空间(11)内的真空度达到预定值后，对电子枪(9)进行性能测试，具体测试包括对中性的检测、耐压性的检测、亮度的检测、束偏转特效的检测、阳极(95)处电流的检测、束流稳定度的检测。

10.根据权利要求9所述的扫描电镜用热场发射电子枪的测试方法，其特征在于，在对电子枪(9)进行性能测试中，其中对中性的检测通过调节电压的大小，观察荧光屏(3)上束斑直径的大小变化，若在条件过程中束斑变化发生晃动，及说明装配的同轴度存在问题，及电子束的对中性存在问题；其中耐压性的检测通过对电子枪(9)通电，并通过真空计(5)监测检测空间(11)内的真空度变化，若通电过程中真空计(5)的数值发生变化说明耐压性存在问题；其中亮度的检测通过亮度值进行检测；亮度值的公式为其中ib为电子束束流值，d是虚源直径，α是束半角；束流值通过法拉第杯(61)和皮安表(62)测得，d通过在电子光学仿真软件中输入相应的电极参数得到交叉斑直径，即为虚源直径；α通过工作距离与法拉第杯(61)的杯口直径得到，进而得到亮度值；其中束偏转特性的检测是通过调节偏转结构(4)的电流大小，从而改变磁场大小，电子束的偏转和位于会显示在荧光屏(3)上，通过记录不同磁场大小以及电子束的位置，得出偏转结构(4)与电子束调节规律，从而得到束偏转特性；其中阳极(95)处电流的检测，是通过时刻检测皮安表(62)的读数，保证电子枪(9)束流值可以满足后期使用需要；其中束流稳定度的检测通过监测皮安表(62)的读数，并采用一定时间段内最大值和最小值的差异与平均值之比的百分比作为计算方法。

技术总结本发明提供的一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置及方法，属于电镜扫描技术领域，一种扫描电镜用热场发射电子枪的测试装置包括：电子枪、主体、真空获得组件、荧光屏、偏转结构、真空计、束流计；在检测过程中，先将电子枪放置在主体的检测空间内，通过机械泵、分子泵和离子泵的配合使检测空间处于真空状态，随后通过荧光屏、偏转结构、真空计、束流计对扫描电镜用热场发射电子枪的性能进行定量评测，包括：对中性、耐压性、亮度、束偏转特性、阳极处电流和束流稳定度。通过本装置可以实现对电子枪进行多种性能测试，并且提高整体检测效率。技术研发人员：石晓倩,孟祥良,尹贻恒,刘涛受保护的技术使用者：北京中科科仪股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14