CN105092358B - 一种聚焦离子枪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子枪结构用于离子减薄仪对固体材料进行减薄。它包括第一阴极，凹孔形阳极和第二阴极；第一阴极与凹孔形阳极之间的电压控制在0‑2kV之间，凹孔形阳极与第二阴极之间的电压为0‑6kV之间。第一阴极一端有一小孔供氩气进入到第一阴极与凹孔形阳极之间，在电场作用下氩气被离子化形成阳离子Ar+，并进入凹孔阳阳极与第二阴极之间。凹孔形阳极中心有一孔径为1mm～2mm的孔，一面由绝缘层覆盖，另一面为凹孔金属面，经过初步离子化的氩气离子进入凹孔形阳极区时，在凹孔形阳极与第二阴极间的高压电场作用下，Ar+被加速并形成基本平行的离子束，冲出离子枪而对样品进行减薄。本发明的离子枪的聚焦性能好，在对固体样品进行减薄时，样品的温度上升温度小。
Description
技术领域
本发明属于材料科学研究用仪器领域，更具体地，涉及一种聚焦离子枪。
背景技术
材料科学的发展离不开先进的材料样品制备与分析手段，离子减薄仪就是一种利用高能量离子束流对材料表面进行力学冲击，将固体样品减薄到2000埃的厚度，供在透射电子显微镜(TEM)下观察材料内部的微观结构及材料的成分，从而研究开发新型材料。
离子枪是离子减薄仪的关键部件，离子枪的聚焦能力好坏是决定离子减薄仪性能的关键因素之一。传统离子枪的结构一般由正负两个电极组成，在两电极之间加8kV～10kV甚至更高的电场。电场电压越高，离子束速度越高，对样品的减薄能力越强，但是，电场电压超过8kV时，离子减薄样品时样品的温度将容易升高，导致材料发生相变而影响对材料观察与分析。另外一半氩气Ar的电离电压在0-4kV之间，当电压查过4kV时由于电离电压过高导致电离能量过大，容易产生不稳地的放电现象，同时由于氩气源中会混有少量杂质，在高电压下更易发生放电现象，导致无法产生稳定的离子束流。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种聚焦离子枪，其目的是在保证离子减薄速率的条件下，能够降低阴、阳极间的电压，使样品的温度升高较小，保证在离子减薄过程中样品内部不发生相变。
本发明提供了一种聚焦离子枪，包括第一阴极，凹孔形阳极和第二阴极；所述第一阴极与所述凹孔形阳极之间的电压为0-2kV，使氩气电离成为Ar+，较低的激发电压能防止放电现象。所述凹孔形阳极与所述第二阴极之间的电压为0-6kV，在该电场作用下将已经电离的Ar+加速达到预定能量和速度轰击样品。
更进一步地，所述第一阴极、所述凹孔形阳极或所述第二阴极的材料为导电性能好的金属材料，有利于形成均匀的电场，从而提供稳定的离子束流。
更进一步地，所述第一阴极的一端具有曲率半径为3mm～20mm的弧面，所述第一阴极的另一端设置有用于供Ar气进入的孔。
更进一步地，所述凹孔形阳极的一端具有锥形面，所述凹孔形阳极的另一端的中心设置有孔以便电离的Ar+离子通过小孔进入加速电场。
更进一步地，设置在所述凹孔形阳极的另一端中心的所述孔的孔径为1mm～2mm。
更进一步地，所述第二阴极为锥形电极，所述锥形电极的锥形角度为25～85°，使Ar+离子聚焦。
更进一步地，在所述第一阴极与所述凹孔形阳极之间和所述凹孔形阳极与所述第二阴极之间均设置有绝缘材料隔开，防止电极间放电。
本发明提供的聚焦离子枪在保证离子减薄速率的条件下，能够降低阴阳极间的电压，使样品的温度升高较小，可以保证在离子减薄过程中样品内部没有发生相变；可以在相对较低(<6kV)的电场电压下获得具有高聚焦性能的离子束流，一方面可以提高减薄固体样品的速度，同时尽可能地降低样品的温度升高。
附图说明
图1为是本发明提供的聚焦离子枪的结构示意图。
图2为采用图1所示离子枪结构所制备离子枪，第一阴极与凹孔形阳极之间电压为1.5kV时，金属铜样品在离子减薄条件下，金属样品温度随凹孔形阳极和第二阴极之间电压大小的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的聚焦离子枪主要应用于离子减薄仪中，图1示出了本发明提供的聚焦离子枪的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
本发明提供了一种聚焦离子枪结构，该离子枪是用与固体材料离子减薄仪的离子枪。包括一个第一阴极1，一个凹孔形阳极2，一个离子束流加速聚焦的第二阴极3。第一阴极1与凹孔形阳极2之间的电压控制在0-2kV之间，凹孔形阳极2与第二阴极3之间的电压为0-6kV之间。其中第一阴极1的一端有一小孔供氩气进入到第一阴极1与凹孔形阳极2之间，在电场作用下氩气被离子化形成阳离子Ar+，并进入凹孔形阳极2与第二阴极3之间。凹孔形阳极2的中心有一孔径为1mm～2mm的孔，一面由绝缘层覆盖，另一面为凹孔金属面，经过初步离子化的氩气离子进入凹孔形阳极区时，在凹孔形阳极2与第二阴极3的高压电场作用下，Ar+被加速并形成基本平行的离子束，冲出离子枪而对样品进行减薄。
本发明做制作的离子枪具有聚焦性能好，在对固体样品进行减薄时，样品的温度上升温度小。
本发明提供的聚焦离子枪可以在相对较低(<6kV)的电场电压下获得具有高聚焦性能的离子束流，一方面可以提高减薄固体样品的速度，同时尽可能低降低样品的温度升高。
图2示出了采用图1所示离子枪结构所制备离子枪，第一阴极1与凹孔形阳极2之间电压为1.5kV时，金属铜样品在离子减薄条件下，金属样品温度随凹孔形阳极2和第二阴极3之间电压大小的关系图；从图2可以看出阳极2和第二阴极3之间电压越大样品的温度越高，说明高电压使Ar+束流获得更多能量，从而加快减薄速率同时样品受到的离子轰击更强烈使得样品的温度升高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种聚焦离子枪，其特征在于，包括第一阴极(1)，凹孔形阳极(2)和第二阴极(3)；所述第一阴极(1)与所述凹孔形阳极(2)之间的电压为0-2kV，所述凹孔形阳极(2)与所述第二阴极(3)之间的电压为0-6kV；
其中第一阴极(1)的一端具有曲率半径为3mm～20mm的弧面，所述第一阴极(1)的另一端设置有一小孔供氩气进入到所述第一阴极(1)与凹孔形阳极(2)之间，在电场作用下氩气被离子化形成阳离子Ar+，并进入凹孔形阳极(2)与第二阴极(3)之间；
所述凹孔形阳极(2)的一端具有锥形面，所述凹孔形阳极(2)的另一端的中心设置有孔，一面由绝缘层覆盖，另一面为凹孔金属面，经过初步离子化的氩气离子进入凹孔形阳极区时，在凹孔形阳极(2)与第二阴极(3)的高压电场作用下，Ar+被加速并形成基本平行的离子束，冲出离子枪而对样品进行减薄。
2.如权利要求1所述的聚焦离子枪，其特征在于，所述第一阴极(1)、所述凹孔形阳极(2)或所述第二阴极(3)的材料为导电性能好的金属材料。
3.如权利要求1所述的聚焦离子枪，其特征在于，设置在所述凹孔形阳极的另一端中心的所述孔的孔径为1mm～2mm。
4.如权利要求2所述的聚焦离子枪，其特征在于，所述第二阴极(3)为锥形电极，所述锥形电极的锥形角度为45°。
5.如权利要求1所述的聚焦离子枪，其特征在于，在所述第一阴极(1)与所述凹孔形阳极(2)之间和所述凹孔形阳极(2)与所述第二阴极(3)之间均设置有绝缘材料隔开。
6.一种离子减薄仪，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的聚焦离子枪。
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