CN101587812B - 电子束聚焦电极以及使用该电极的电子枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子束聚焦电极以及利用该电极的电子枪，所述电子束聚焦电极包括：板，所述板具有多边形通孔；形成在所述通孔的至少一条边上的至少一个突出部分。通过利用这种电子束聚焦电极，可以减小矩形横截面的电子束的发散现象。此外，可以提高电子枪的输出，并容易聚焦电子束。

Description

电子束聚焦电极以及使用该电极的电子枪

技术领域

各示例性实施方式涉及一种电子束聚焦电极以及利用该电极的电子枪。尤其是，各示例性实施方式涉及这样一种电子束聚焦电极，该电子束聚焦电极通过使从电子枪的阴极电极发射的电子束穿过具有理想和/或预定截面形状的通孔，而减小电子束的发散现象，并涉及一种包括这种电子束聚焦电极的电子枪。

背景技术

在制造用于微波和太赫波振荡的真空装置过程中，电子枪用于使得电子束发射到该装置上。传统的电子枪产生具有实心或环状截面的电子束。为了利用具有实心或环状截面的电子束，电子束应该入射到形成在衬底表面上的图案中等。但是，随着装置的尺寸变得越来越小，使电子束入射到精细图案中变得越来越难。另一种传统电子枪产生具有矩形截面的电子束。但是，由这种传统电子枪产生的矩形截面的电子束比实心或环形电子束的层流性(laminarity)低。

在背景技术部分中公开的上述信息仅用于改善对本申请的背景的理解，因此，它有可能包含不构成在本国内本领域技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

提出各示例性实施方式来至少部分解决防止传统装置输出预定和/或理想电子束的问题。例如，提供了一种解决涉及到层流性低于实心或环形电子束的问题的装置和方法。

一个示例性实施方式提供了一种电子束聚焦电极，该电子束聚焦电极可以包含在电子枪中。该电子束聚焦电极可以包括具有多边形通孔的板以及形成在该通孔的至少一条边上的突出部分。

根据一个示例性实施方式，突出部分可以与其上形成该突出部分的边的两端分隔开。突出部分的长度可以小于从通孔的中心到其上形成该突出部分的边的距离。

根据一个示例性实施方式，通孔的内表面相对于穿过该通孔的电子束的运行方向倾斜。通孔可以具有第一区域和第二区域。第一区域可以小于第二区域。此外，第一区域可以是电子束的入射区域，而第二区域可以是电子束的发射区域。

根据一个示例性实施方式，所述多边形通孔可以包括四条边，四个突出部分分别布置在所述四条边上。每个突出部分可以从相应的边的中心突出。每个突出部分可以具有矩形横截面。

另一个示例性实施方式提供一种电子枪。该电子枪可以包括电子束聚焦电极，如在这个发明内容部分中的上述电子束聚焦电极。电子枪也可以包括发射电子的阴极电极和与阴极电极间隔开的阳极电极，且从阴极电极发射的电子聚焦在该阳极电极上。

根据一个示例性实施方式，电子枪的电子束聚焦电极可以与电子枪的阴极电极电绝缘。另外，电子枪的电子束聚焦电极可以连接到电子枪的阴极电极上。

根据一个示例性实施方式，电子枪可以包括位于电子束聚焦电极和阳极电极之间的栅极电极，来调节电子束的电流量(current quantity)。

根据一个示例性实施方式，电子枪的阴极电极可以是热电子发射装置、冷发射阴极、光电阴极和等离子体源中的一种。如果所述阴极电极是热电子发射装置，电子枪也可以包括围绕阴极安装的热屏蔽，以屏蔽从阴极电极发出的热。

再一个示例性实施方式提供了一种减小矩形横截面的电子束的发散现象的方法。该方法可以包括：在多边形通孔中形成电场，该多边形通孔具有布置在该通孔的至少一条边上的突出部分；将电子束穿过该通孔；以及通过所述电场使电子束形成预定横截面。该方法也可以包括利用栅极电极来调节电子束的电流量。

附图说明

各示例性实施方式的上述和其它目的、特征和其它优点将从下面结合附图的详细描述中变得更清楚理解，图中：

图1A是根据示例性实施方式的电子枪的横截面透视图；

图1B是图1A所示的电子枪的纵向横截面图；

图2是示出图1A所示的电子枪的通孔附近的放大纵向横截面图；

图3A是电子束聚焦电极的示例性实施方式的透视图；

图3B是图3A所示的电子束聚焦电极的平面图；

图3C是图3A所示的电子束聚焦电极的底视图；

图3D是图3A所示的电子束聚焦电极的前横截面图；

图3E是图3A所示的电子束聚焦电极的右侧横截面图；

图4A是示出包括在根据示例性实施方式的电子枪中的阴极电极的透视图；

图4B是图4A所示的阴极电极的放大纵向横截面图；

图4C是图4A中所示的阴极电极的平面图；以及

图5是示出在穿过根据示例性实施方式的电子束聚焦电极的电子束中电子的轨迹和等势线的示意图。

应该理解到附图并不必要按照比例，提供各种优选特征的稍微简化的表示，来图示说明本发明的基本原理。在此公开的特定设计特征，包括如特定尺寸、取向、位置和形状部分由特别计划的用途和使用环境来确定。

在附图中，相同的附图标记在以下详细描述中指代各示例性实施方式的相同或等同的零件。

具体实施方式

下面参照附图更全面描述示例性实施方式，附图中示出示例性实施方式。但是，各示例性实施方式可以以多种不同形式来实现，并且不应被解释为局限于在此陈述的示例性实施方式。而是，提供这些实施方式以便本公开更全面和彻底，并且向本领域技术人员完全传达示例性实施方式的范围。在附图中，区域的尺寸和相对尺寸为了清晰起见被夸大。

将理解到当元件被称为在另一个元件或层等上、连接到或耦接到另一元件或层等时，它可以直接在所述另一个元件或层之上、直接连接或耦接到另一个元件或层，也可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为直接在另一个元件或层之上、直接连接到或耦接到另一个元件或层，则不存在中间元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

将理解到虽然术语第一、第二、第三等在此用来描述各种元件、部件、区域和/或部分，这些元件、部件、区域和/或部分不应被这些术语所局限。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域或部分与其它的区域或部分相区分开来。从而，下面讨论的第一元件、部件、区域或部分也可以被称作第二元件、部件、区域或部分，而不会背离各示例性实施方式的教导。

在此可以使用空间相对术语，如“下面”、“在...之下”、“下”、“上面”、“上”等来方便描述一个元件或特征与其它元件或特征的关系，如图中所示。将理解到除了图中所描绘的取向之外，空间相对术语还意在涵盖装置在使用或操作中的各种不同取向。例如，如果图中装置被颠倒，描述为在其它元件或特征“之下”或“下面”的元件则取向为在其它元件或特征“之上”。从而，示例性术语“下面”可以涵盖“上面”和“下面”的两个取向。装置也可以其它取向(旋转90度或在其它取向)，并且在此使用的空间相对描述相应地加以解释。

在此使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，并不意图在于限制示例性实施方式。如在此所使用的，单数形式“一”、“一个”和“这个”同样意在包含复数形式，除非文中明确指明。将进一步理解到术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书时，指明所描述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。

图1A是根据示例性实施方式的电子枪的横截面透视图，而图1B是图1A所示的电子枪的纵向横截面图。

参照图1A，电子枪可以包括阴极电极10、阳极电极20和电子束聚焦电极20。

阴极电极10可以是发射电子的装置。例如，阴极电极10可以是利用热电子发射的装置，或者可以是冷发射阴极、光电阴极或等离子体源。

参照图1B，根据示例性实施方式，阴极电极10可以由阴极基底100和阴极支撑套筒101固定在电子枪中理想和/或预定位置。如果阴极电极10是利用热电子发射的装置，则围绕阴极电极10安装用于屏蔽从被加热的阴极电极10发射的热的热屏蔽102。

阳极电极20与阴极电极10间隔开理想和/或预定距离。在阴极电极10和阳极电极20之间施加电压。从阴极电极10发出的电子由所施加的电压加速，使得在朝向阳极电极20的方向上形成电子束。

此外，根据示例性实施方式，阳极电极20可以在其中心具有孔21。从阴极电极10发出的电子可以通过该孔21穿过阳极电极20，以从电子枪中射出，此后可以到达收集器(collector)(未示出)。收集器可以是位于电子枪外侧的阳极电极。

参照图1B，电子束聚焦电极30可以由圆柱形基底300固定在阴极电极10和阳极电极20之间理想和/或预定位置处。在示例性实施方式中，电子束聚焦电极30可以包括板，在板中形成多边形通孔33，使得可以形成更理想的电场。当从阴极电极10发出的电子通过所述通孔33穿过电子束聚焦电极30时，电子束可以被形成为具有预定和/或理想横截面形状。

根据示例性实施方式，电子枪还可以包括栅极电极(未示出)，该栅极电极位于电子束聚焦电极30和阳极电极20之间，用于调节电子束的电流量。

图2是示出根据示例性实施方式的电子枪的通孔33的附近的纵向横截面图。

参照图2，电子束聚焦电极30可以位于阴极电极10之前，电子从该阴极电极10发出。阴极电极10可以由阴极套筒12围绕。阴极套筒12具有理想和/或预定的发射孔11。从阴极电极10发出的电子通过阴极套筒12的发射孔11沿着朝向电子束聚焦电极30的方向发出。当所发出的电子穿过电子束聚焦电极30的通孔33时，可以形成电子束，并且电子束的横截面形状可以由通孔33中所形成的电场确定。电场根据通孔33的形状而形成。将在后面参照图4描述阴极电极10和阴极套筒12。

参照图2，根据示例性实施方式，阴极电极12和电子束聚焦电极30可以彼此间隔开理想和/或预定距离，并可以彼此电绝缘。因此，电子束聚焦电极30可以与阴极电极10电绝缘，后者可以连接到阴极套筒12上。

根据示例性实施方式，阴极电极10和电子束聚焦电极30可以具有相同的电势或者可以具有不同的电势，从而控制电子束的轨迹。当不同电势施加到阴极电极10和电子束聚焦电极30上时，阴极电极10和电子束聚焦电极30之间的电势差可以根据不击穿阴极电极10和电子束聚焦电极30之间的绝缘来确定。

根据另一示例性实施方式，电子束聚焦电极30和阴极电极10可以彼此连接。例如，电子束聚焦电极30和阴极电极10可以通过将电子束聚焦电极30连接到阴极套筒12上而借助于阴极套筒12来连接。

图3A是根据示例性实施方式的电子束聚焦电极的透视图。参照图3A，电子束聚焦电极30可以包括板30’，板30’具有第一表面31、与第一表面31相反的第二表面32以及穿过电子束聚焦电极30的多边形通孔33。多边形通孔33可以包括从通孔33的相应边突出到通孔33内侧的突出部分34。例如，通孔33的多边形可以具有四条边。每条边具有一个突出部分，该突出部分形成在该边的中间。每个突出部分具有矩形横截面，并且从多边形的每条边突出。

从阴极电极发出的电子可以入射到电子束聚焦电极30的第一表面31上。由于通孔33可以形成为穿过第一表面31和第二表面32，电子可以从第一表面31入射到通孔33，穿过通孔33、然后从通孔33自第二表面32发出。

参照图3A，通孔33还可以包括至少一个形成在通孔33的至少一条边上的突出部分34。由于突出部分34，可以减小电场在电子束边缘处的扭曲，并且可以控制穿过通孔33的电子的轨迹。于是，可以改善从电子枪发出的电子束的层流性。

图3B是根据示例性实施方式的电子束聚焦电极的第二表面32的平面图，而图3C是根据示例性实施方式的电子束聚焦电极的第一表面31的底视图。在电子束聚焦电极30中，板30’的通孔33在第一表面31具有第一截面积，如图3C所示，且在第二表面32具有第二截面积，如图3B所示。第一截面积与第二截面积不同。例如，第二截面积大于第一截面积。结果，通孔33的截面可以形成为相对于穿过通孔33的电子束的运行方向倾斜。

如图3B所示，在第二表面32处形成在板30’中的通孔33分别在图3B的横向和纵向上具有长度L₁和宽度H₁。例如，通孔可以为L₁＝3.04mm，且H₁＝2mm。

在通孔33的至少一条边上可以形成至少一个突出部分34。每个突出部分34可以与相应的边的两端间隔开理想和/或预定距离，其中所述突出部分34形成在该条边上。每个突出部分34可以朝向通孔33的中心方向突出理想和/或预定高度。例如，如图3B所示，通孔33可以在多边形的每条边上分别具有一个朝向通孔33的中心突出的突出部分，每个突出部分34位于相应边的中间，并且与突出部分左侧和右侧上的两个端点分隔开。突出部分34在横向和纵向上分别具有宽度L₂和H₂以及长度D₁和D₂。每个突出部分的长度D₁或D₂小于相应的边到通孔33的中心的距离，使得两个相对的突出部分34不会突出到彼此接触。例如，突出部分可以具有L₂＝0.88mm、H₂＝0.48mm、且D₁＝D₂＝0.4mm。

于是，矩形通孔33可以被从矩形通孔33的每条边突出的突出部分34改变成哑铃形多边形。于是，通孔33内的电场可以由通孔33的哑铃形状来改变，使得与矩形或带弯角的矩形的通孔相比，电子束在通孔33的角落处的发散现象被减小。

当电子束穿过电子束聚焦电极的矩形或带弯角矩形的通孔时，随着电子束的行进距离增加，电子分布的对称性被破坏。这是由于电子束受到电场扭曲的影响，而电场的扭曲取决于电子束聚焦电极的形状。这也是由于在电子束产生的早期阶段，热和电场分布不均匀带来的分散的初始速度和初始电子速度。

如果使用具有哑铃形通孔33的上述电子束聚焦电极30，穿过通孔33的电子束的轨迹可以由突出部分34控制。于是，可以改善电子束的均匀性，并且/或者可以获得更均匀的电子束。

图3C是示出电子束聚焦电极30的第一表面31的底视图。根据图3C所示的示例性实施方式，电子束聚焦电极30是通过将两个具有不同直径的圆形电极连接到一起而形成的。另外，电子束聚焦电极30也可以具有不同于圆形的其他形状，或者可以包括多个电极，而不局限于两件。

形成在板30’中的通孔33在第一表面31的横向和纵向上分别具有长度L₃和H₃，例如，通孔可以具有L₃＝2.2mm而H₃＝1.16mm。

至少一个突出部分34形成在通孔33的至少一条边上。每个突出部分34与相应边的两端间隔开理想和/或预定距离，其中该突出部分形成在该条边上。例如，通孔33的每条边具有形成在该边的中间的突出部分，该突出部分34向通孔33的中心突出。突出部分34在横向和纵向上分别具有宽度L₂和H₂、长度D₁和D₂。

图3D和3E分别是根据示例性实施方式的图3A所示的电子束聚焦电极沿着线A-A和B-B的横截面图。参照图3D和3E，形成在板30’中的通孔33可以形成为在电子束聚焦电极30的第二表面32的截面积大于电子束聚焦电极30的第一表面31的截面积。结果，通孔33的内表面331相对于第一表面31具有角度θ。此外，通孔33可以具有厚度T₁。例如，电子束聚焦电极可以具有θ＝50度、T₁＝0.5mm的通孔。

图4A是示出根据示例性实施方式的电子枪中所包括的阴极电极10的一部分的放大透视图，而图4B是图4A所示的阴极电极10的纵向横截面图。

参照图4A和4B，阴极电极10位于阴极套筒12中，该阴极套筒12在其中形成有发射孔11。从阴极电极10发出的电子通过发射孔11向电子束聚焦电极30发射。发射孔11的内表面111形成为相对于阴极电极10的表面110成角度δ。此外，发射孔11具有厚度T₃。例如，发射孔可以为δ＝30度，且T₃＝0.06mm。

图4C是图4A和4B所示的发射孔11的平面图。参照图4C，发射孔11形成为具有矩形截面，该矩形截面在图4C的横向和纵向上分别具有长度L₄和H₄。例如，阴极套筒可以具有L₄＝0.6mm且H₄＝0.1mm的发射孔。

参照图2，电子束聚焦电极30可以定位成与阴极套筒12相接触或者距阴极套筒12预定和/或理想距离。电子可以从阴极电极10发出，并然后穿过发射孔11，以形成电子束。在电子束穿过电子束聚焦电极30时，通过电场形成电子束的预定和/或理想截面形状。

图5是根据示例性实施方式、在穿过电子束聚焦电极的电子束中电子的轨迹和等势线的示意图。如图5所示，电子束聚焦电极的等势线在从通孔的相应边突出的突出部分的作用下被控制。

如图5所示，如果使用具有突出到通孔内侧的突出部分的电子束聚焦电极，可以改善在电子束角落处的电子束分布扭曲。结果，电子束在角落处的扭曲和交叉可以减小并且/或者防止，并且电子束横截面的形状相对于电子行进的距离不会显著变化。因此，可以长时间保持电子束的横截面的形状。

虽然已经参照图1A-图5具体图示和描述了示例性实施方式，本领域技术人员可以理解到在不背离各示例性实施方式的范围和精髓的前提下，可以在形式和细节上作出各种修改、添加和替换。

优先权要求

本申请要求2008年5月20日提交的韩国专利申请10-2008-46748号的优先权，其整个内容通过引用结合于此。

Claims (18)

1.一种用于电子枪的电子束聚焦电极，包括：

具有多边形通孔并且配置为从电源接收施加电压的板；以及

形成在所述通孔的至少一条边上的突出部分，用于通过减少所述通孔中形成的电场的扭曲而控制穿过所述通孔的电子束的轨迹，

其中所述多边形通孔包括：

四条边；以及

分别布置在四条边上的四个突出部分，每个突出部分从相应边的中间朝向所述通孔的中心突出并且具有矩形的横截面，所述突出部分与其上形成该突出部分的边的两端间隔开。

2.如权利要求1所述的电子束聚焦电极，其中，所述突出部分的长度小于从通孔的中心到其上形成该突出部分的边的距离。

3.如权利要求1所述的电子束聚焦电极，其中，所述通孔的内表面相对于穿过所述通孔的电子束的运行方向倾斜。

4.如权利要求1所述的电子束聚焦电极，其中，所述通孔具有第一区域和第二区域，第一区域小于第二区域，第一区域为电子束的入射区域，而第二区域为电子束的发射区域。

5.如权利要求1所述的电子束聚焦电极，其中，每个突出部分具有矩形横截面。

6.一种电子枪，包括：

发射电子的阴极电极；

与阴极电极间隔开并且其上聚焦从阴极电极发出的电子的阳极电极；以及

如权利要求1所述的电子束聚焦电极，该电子束聚焦电极处于所述阴极电极和阳极电极之间。

7.如权利要求6所述的电子枪，其中所述电子束聚焦电极与阴极电极电绝缘。

8.如权利要求6所述的电子枪，其中，所述电子束聚焦电极连接到所述阴极电极上。

9.如权利要求6所述的电子枪，还包括：

栅极电极，该栅极电极处于所述电子束聚焦电极和所述阳极电极之间，以调节所述电子束的电流量。

10.如权利要求6所述的电子枪，其中，所述突出部分的长度小于从通孔的中心到其上形成该突出部分的边的距离。

11.如权利要求6所述的电子枪，其中，所述通孔的内表面相对于穿过所述通孔的电子束的运行方向倾斜。

12.如权利要求6所述的电子枪，其中，所述通孔具有第一区域和第二区域，第一区域小于第二区域，第一区域为电子束的入射区域，而第二区域为电子束的发射区域。

13.如权利要求6所述的电子枪，其中，每个突出部分具有矩形横截面。

14.如权利要求6所述的电子枪，其中：

所述阳极电极在其中心具有孔；

所述阴极电极包括阴极套筒，该阴极套筒具有发射孔，该发射孔的内表面形成为相对于所述阴极电极的表面成一定角度。

15.如权利要求6所述的电子枪，其中，所述阴极电极是冷发射阴极、光电阴极和等离子体源中的一种。

16.如权利要求6所述的电子枪，还包括：

围绕阴极电极安装的热屏蔽，以屏蔽从阴极电极发出的热量，所述阴极电极为热电子发射装置。

17.一种减小矩形横截面的电子束的发散现象的方法，包括：

在配置为从电源接收施加电压的电子束聚焦电极的板的多边形通孔中形成电场，该多边形通孔具有突出部分，该突出部分布置在所述通孔的至少一条边上，用于减小所述电场的扭曲；

使电子束穿过该通孔，通过所述突出部分控制所述电子束的轨迹；以及

用所述电场来形成电子束的横截面，

其中所述多边形通孔包括：

四条边；以及

分别布置在四条边上的四个突出部分，每个突出部分从相应边的中间朝向所述通孔的中心突出并且具有矩形的横截面，所述突出部分与其上形成该突出部分的边的两端间隔开。

18.如权利要求17所述的减小矩形横截面的电子束的发散现象的方法，还包括：

利用栅极电极调节电子束的电流量。