离子源及热场发射电子源的制作方法

离子源及热场发射电子源的制作方法

1.本实用新型涉及电子显微镜与聚焦离子束技术领域，尤其是涉及一种灯丝结构、离子源及热场发射电子源。

2.离子显微镜/离子电子双束显微镜以及电子显微镜是重要的科学研究、量测及微纳加工仪器，在物理、材料、化学、生命等科研领域，半导体先进制程、工程材料检测等工业领域发挥着巨大的作用。

3.离子显微镜中，离子源是其关键零部件之一。目前应用最广泛的离子源是液态镓离子源。电子显微镜中，电子源是其关键零部件之一，电子源的特性往往决定了电子显微镜的主要性能。

4.热场电子源在使用的时候需要将发射体加热到1800k的温度，液态镓离子源使用的时候需要对发射体及镓容器加热，发射体均是通过灯丝结构固定在接线柱上。以热场电子源为例，热场发射电子源中接线柱用于上电，通过2～3a电流；灯丝结构焊接在接线柱上，通电后发热，将发射体尖端加热至1700～1800k。发射体在加热至高温时并外加电场的作用下发射电子；热场发射电子源中还包括有吸出极，吸出极上的光阑允许发射体发射出的用于照明的电子束经过。

5.本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有技术中的灯丝结构通常为钨丝，在加热时金属灯丝易变形，灯丝变形造成发射体的位置发生变化，使得发射体与其配合的光阑无法对准，导致无法使用。

6.本实用新型的目的在于提供一种灯丝结构、离子源及热场发射电子源，以解决现有技术中存在的电子源及离子源中的灯丝结构，在加热后由于高温变形导致发射体偏离光阑，无法继续使用的技术问题；本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

7.为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

8.本实用新型提供的灯丝结构，包括灯丝本体，所述灯丝本体呈v型结构，其中：

9.所述v型结构的两顶端分别与两接线柱连接，所述v型结构的尖端与发射体连接，所述v型结构与任一所述接线柱的连接点至其所述尖端之间的距离，等于所述v型结构与所述接线柱两个连接点之间的距离。

10.优选的，所述灯丝本体包括分别与两所述接线柱连接的第一加热丝和第二加热丝，所述第一加热丝和所述第二加热丝连接形成所述v型结构，所述第一加热丝和所述第二加热丝等长，且两者之间的角度为60

11.优选的，所述第一加热丝和所述第二加热丝分别连接于两根所述接线柱的相对侧或同侧。

12.优选的，所述发射体与所述v型结构的所述尖端焊接。

13.优选的，所述v型结构的尖端位于两根所述接线柱轴线的中心线上，以使所述发射体位于两根所述接线柱轴线的中心线上。

14.优选的，所述第一加热丝和所述第二加热丝均与所述接线柱焊接。

15.优选的，所述第一加热丝和/或所述第二加热丝为钨丝。

16.本实施例中还提供了一种离子源，包括接线柱、发射体、离子存储结构、吸出极和上述灯丝结构，所述离子存储结构与所述发射体相连接，且所述离子存储结构表面的液态金属能流至所述发射体，所述发射体与所述吸出极上的光阑正对设置。

17.本实施例中还提供了一种热场发射电子源，包括接线柱、发射体、吸出极和上述灯丝结构，所述发射体与所述吸出极上的光阑正对设置。

18.作为可选的实施方式，所述热场发射电子源还包括陶瓷座和肖特基抑制极，其中：所述肖特基抑制极位于所述陶瓷座外，两根所述接线柱的一端穿过所述陶瓷座且另一端延伸出所述陶瓷座外。

19.本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：上述灯丝结构，灯丝本体呈v型状，v型结构的尖端与发射体连接，且v型结构与任一接线柱的连接点至其尖端之间的距离，等于v型结构与接线柱两个连接点之间的距离，换言之，v型结构与接线柱连接点至尖端的部分作为等边三角形的两条边，两接线柱与v型结构连接点之间构成等边三角形的第三条边，两接线柱与灯丝本体之间构成了上述等边三角形结构，该结构在温度变化的时候，所受应力最为分散，结构更为稳定，不容易受热变形，从而防止发射体由于变形灯丝本体变形导致无法对准光阑。

20.具有上述灯丝结构的离子源及热场发射电子源，能够防止灯丝结构由于温度变化导致结构变形，延长电子源及离子源的使用寿命。

附图说明

21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

22.图1是热场发射电子源的结构示意图；

23.图2是离子源的结构示意图。

24.图中1、灯丝本体；11、第一加热丝；12、第二加热丝；2、接线柱；3、发射体；4、陶瓷座；5、吸出极；6、光阑；7、离子存储结构。

具体实施方式

25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、

上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

27.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

28.本实用新型实施例提供了一种能够防止灯丝结构变形，提高使用寿命的灯丝结构、离子源及热场发射电子源。

29.下面结合图1和图2对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

30.参见图1和图2所示，图1是热场发射电子源的结构示意图；图2是离子源的结构示意图。热场发射电子源和离子源中均包括有接线柱2、灯丝本体1和发射体3，其中，接线柱2用于上电，通过2～3a电流；灯丝本体1焊接在接线柱2上，通电后发热，发射体3在加热至高温时并外加电场的作用下发射电子；热场发射电子源中还包括有吸出极5，吸出极5上的光阑6允许发射体3发射出的用于照明的电子束经过(图1中的吸出极5未示出，其结构与图2中的吸出极5相同)。

31.上述离子源和电子源中的灯丝本体1均为金属丝，加热时金属灯丝易变形，由于灯丝本体1固定发射体3，灯丝本体1变形造成发射体3的位置发生变化，使得发射体3与其配合的光阑6无法对准，造成无法使用。

32.实施例一

33.针对上述问题，如图1和图2所示，本实施例提供了一种灯丝结构，包括灯丝本体1，灯丝本体1呈v型结构，其中：v型结构的两顶端分别与两接线柱2连接，v型结构的尖端与发射体3连接，v型结构与任一接线柱2的连接点至其尖端之间的距离，等于v型结构与接线柱2两个连接点之间的距离。其中，本实施例的发射体3为单晶钨尖表面烧结有氧化锆的结构，加热后在吸出电压的作用下发射出电子。

34.上述灯丝结构，灯丝本体1呈v型状，v型结构的尖端与发射体3连接，且v型结构与任一接线柱2的连接点至其尖端之间的距离，等于v型结构与接线柱2两个连接点之间的距离，换言之，v型结构与接线柱2连接点至尖端的部分作为等边三角形的两条边，两接线柱2与v型结构连接点之间构成等边三角形的第三条边，两接线柱2与灯丝本体1之间构成了上述等边三角形结构。

35.该结构在温度变化的时候，所受应力最为分散，结构更为稳定，不容易受热变形，从而防止发射体3由于灯丝本体1变形导致无法对准光阑6。

36.作为可选的实施方式，参见图1和图2所示，灯丝本体1包括分别与两接线柱2连接的第一加热丝11和第二加热丝12，第一加热丝11和第二加热丝12连接形成v型结构，第一加热丝11和第二加热丝12等长，且两者之间的角度为60

37.上述第一加热丝11和第二加热丝12等长且两者之间的角度为60，能够在与既定间距的两接线柱2连接完成后，形成等边三角形。上述灯丝本体1的结构便于预先加工，之后再与接线柱2连接。

38.为了进一步提高上述结构的稳定性，作为可选的实施方式，第一加热丝11和第二加热丝12分别连接于两根接线柱2的相对侧或同侧。具体的，参见图1和图2所示，第一加热丝11固定在其中一接线柱2朝向纸面外的一侧，则第二加热丝12固定在另一接线柱2朝向纸面内的一侧。第一加热丝11、第二加热丝12与接线柱2的上述连接结构，便于受热后应力更加均衡的分布至灯丝本体1和接线柱2上，防止应力集中、稳定性差导致的结构变形。

39.作为可选的实施方式，本实施例中发射体3与v型结构的尖端通过焊接的方式连接为一体，或者两者一体成型，保证结构强度和稳定性。

40.作为可选的实施方式，参见图1和图2所示，v型结构的尖端位于两根接线柱2轴线的中心线上，即v型结构分别与两个接线柱2连接的位置位于同一水平线上，以使发射体3位于两根接线柱2轴线的中心线上。当发射体3位于两根接线柱2轴线的中心线上时，发射体3垂直布置在两接线柱2之间，便于与吸出极5上的光阑6对准，且在灯丝本体1结构稳定性好的前提下，防止发射体3的位置发生偏移。

41.作为可选的实施方式，第一加热丝11和第二加热丝12均与接线柱2通过焊接的方式连接，保证结构强度和稳定性。

42.作为可选的实施方式，第一加热丝11和/或第二加热丝12为钨丝。

43.本实施例的灯丝结构，第一加热丝11、第二加热丝12以及接线柱2的配合结构形成了稳定的等边三角形结构，参见图2所示，第一加热丝11与其中一接线柱2的一侧焊接点为a点，第二加热丝12与其中另一接线柱2的一侧焊接点为b点，其中，图2中b点位于纸面内一侧，且b点背离a点设置，第一加热丝11与第二加热丝12的焊接点为c点，且c点为用于焊接发射体3的尖端，上述a、b、c三点为等边三角形的三点端点，等边三角形的结构稳定，因此，c点的位置不易受热变化，即发射体3的位置不易因受热而变化。

44.实施例二

45.本实施例提供了一种离子源，参见图2所示，包括接线柱2、发射体3、离子存储结构7、吸出极和上述灯丝结构，离子存储结构7与发射体3相连接，且离子存储结构7表面的液态金属能流至发射体3，发射体3与吸出极上的光阑6正对设置。

46.其中，接线柱2用于上电，通过2a～3a电流；吸出极5用于在施加3000～8000v电压时，在发射针尖处形成强电场，吸引电子发射，光阑6为孔，其孔径与发射体3发射出的用于照明的电子束直径相适配。

47.上述液态金属离子源为应用最广泛的离子源为液态镓离子源。本实施例的离子源，由于具备上述灯丝结构，故同样具有防止灯丝结构由于温度变化导致结构变形，延长离子源使用寿命的优点。

48.实施例三

49.本实施例提供了一种热场发射电子源，参见图1所示，包括接线柱2、发射体3、吸出极5和上述灯丝结构，发射体3与吸出极5上的光阑6正对设置。

50.本实施例的热场发射电子源，由于具备上述灯丝结构，故同样具有防止灯丝结构由于温度变化导致结构变形，延长电子源使用寿命的优点。

51.作为可选的实施方式，参见图1所示，热场发射电子源还包括陶瓷座4和肖特基抑

制极，其中：肖特基抑制极位于陶瓷座4外，两根接线柱2的一端穿过陶瓷座4且另一端延伸出陶瓷座4外。陶瓷座4用于焊接接线柱2，支撑灯丝本体1并绝缘；肖特基抑制极用于在施加

300v～

1000v电压时，抑制过多的大角度杂散电子；肖特基抑制极为现有的成熟技术，在图中未再示出，在此不做赘述。

52.在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

54.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。