CN105140091A - 一种场发射电子枪烘烤装置和一种电子枪室的烘烤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种场发射电子枪烘烤装置和一种电子枪室的烘烤方法，其中热源设置在电子枪室内部，优选的靠近相关零件设置，直接对零件热辐射，从而提高导热效率，使相关零件表面的气体分子充分逸出，这样在电子枪室处于工作状态时，电子枪室内的真空度将不会有明显降低；在现有技术方案中，由于电阻丝在加热过程中会释放气体，因此为了避免电阻丝释放气体导致电子枪室内的真空度下降，因此电阻丝只能够设置在电子枪室的外部，造成加热效率低，部分零件温升不足、部分零件过热的技术缺陷。而本发明的场发射电子枪烘烤装置恰恰克服了上述技术偏见，将热源设置在电子枪室内对零件进行烘烤，克服了现有技术采用加热带加热，热辐射效果不好的技术缺陷。

Description

一种场发射电子枪烘烤装置和一种电子枪室的烘烤方法

技术领域

本发明涉及一种真空系统的烘烤装置、场发射电子枪烘烤装置以及电子枪室的烘烤方法，属于真空设备技术领域。

背景技术

扫描电镜是一种电子光学仪器，是利用聚焦电子束在样品表面进行逐行扫描，使得电子束轰击样品表面产生二次电子，利用上述二次电子呈现样品表面形态的装置。扫描电镜图像的分辨率可达到纳米级甚至优于1.0纳米，在新材料、新能源、国防、科学研究等领域有广泛应用。上述的聚焦电子束由扫描电镜上的场发射电子枪提供，场发射电子枪是一个微小的高亮度场发射电子源，为整个透镜系统提供一个稳定的电子源以形成电子束，其设置在电子枪室中。经过本领域技术人员的试验得知，为获得稳定的电子束，场发射电子枪的阴极工作温度优选为1630℃，此时其周围零件的工作温度约120℃，电子枪室内的工作环境为超高真空10^-8Pa。其中阴极工作温度和周围零件的温度较为容易达到，超高真空环境成为场发射电子枪能否提供稳定电子束的主要因素。

由于电子枪室内的零件在低温环境下表面贴附有气体分子，当电子枪开始工作后，电子枪室内的温度逐步升高，零件表面的气体分子受热逸出后将造成电子枪室内的压强增大，不利于电子枪发射出稳定的电子束。可见，在抽真空过程中能否消除零件表面的气体分子，是制约电子枪室能否达到超高真空的重要因素。

现有技术中公开了一种场发射电子源发射体尖端塑形装置及其塑形方法，在电子枪室外缠裹加热带，加热带连接至加热带电源，在电子枪开始工作前，通过加热带加热电子枪室，使得零件表面的气体分子受热逸出，同时对电子枪室进行抽真空，利用该种方法进行处理后，电子枪在工作时电子枪室内的真空度达到1.0x10^-6τ，也即约等于1.0x10^-7Pa，不能满足使用需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，现有的扫描电镜中电子枪室的真空度不能满足电子枪的使用需求，造成场电子枪发射的电子束不稳定的技术缺陷，从而提供一种可将真空度保持在10^-8Pa，能够使电子枪提供更为稳定电子束的一种真空系统的烘烤装置。

本发明要解决的另一个技术问题是，现有的扫描电镜中电子枪室的真空度不能满足电子枪的使用需求，造成场电子枪发射的电子束不稳定的技术缺陷，从而提供一种可将真空度保持在10^-8Pa，能够使电子枪提供更为稳定电子束的一种场发射电子枪烘烤装置。

本发明要解决的再一个技术问题是，现有的扫描电镜中电子枪室的真空度不能满足电子枪的使用需求，造成场电子枪发射的电子束不稳定的技术缺陷，从而提供一种可将真空度保持在10^-8Pa，能够使电子枪提供更为稳定电子束的一种电子枪室的烘烤方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种场发射电子枪烘烤装置，包括：电子枪室；至少一个热源，设置在电子枪室的内部；抽真空组件，连接所述电子枪室，和电子枪室相连位置形成抽气口。

上述场发射电子枪烘烤装置中，所述热源为卤素灯泡，还包括连接所述卤素灯泡电压输入端和电压输出端的电极。

上述场发射电子枪烘烤装置中，所述电子枪室包括壳体，所述壳体的一端设置为法兰连接口，并与法兰相连接，所述电极设置在所述法兰的外部。

上述场发射电子枪烘烤装置中，所述热源在所述电子枪室中设置为三组，且三组所述热源在同一圆周上均布。

上述场发射电子枪烘烤装置中，所述电极为真空电极，其在法兰上设置为与所述热源相对应的三组。

上述场发射电子枪烘烤装置中，所述真空电极通过银铜电焊连接到容器上。

上述场发射电子枪烘烤装置中，所述法兰与法兰连接口之间设置有铜垫片。

一种电子枪室的烘烤方法，包括以下步骤：

使用热源在电子枪室的内部对其进行烘烤，使电子枪室内的温度保持在120℃～180℃之间；

使用抽真空组件对电子枪室进行抽真空处理。

上述的电子枪室的烘烤方法中，所述热源为卤素灯泡。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明的场发射电子枪烘烤装置中，热源设置在电子枪室内部，并优选的靠近相关零件设置，直接对零件热辐射，从而提高导热效率，使相关零件表面的气体分子充分逸出，这样在电子枪室处于工作状态时，电子枪室内的真空度将不会有明显降低；在现有技术方案中，由于电阻丝在加热过程中会释放气体，因此为了避免电阻丝释放气体导致电子枪室内的真空度下降，因此电阻丝只能够设置在电子枪室的外部，造成加热效率低，部分零件温升不足、部分零件过热的技术缺陷。而本发明的场发射电子枪烘烤装置恰恰克服了上述技术偏见，将热源设置在电子枪室内对零件进行烘烤，克服了现有技术采用加热带加热，热辐射效果不好的技术缺陷。

2、本发明的场发射电子枪烘烤装置中，热源为卤素灯泡和连接卤素灯泡的电压输入端和输出端的电极，卤素灯泡在工作过程中将不会有气体逸出，而一般的白炽灯在受热后钨原子将逸出到电子枪室内，使电子枪室内部的真空度下降；同时由于卤素灯炮的工作过程中不产生气体和其他物质，有助于保持电子枪室内的洁净程度。

3、本发明的场发射电子枪烘烤装置中，所述电极为真空电极，真空电极通过银铜焊连接在法兰上，银铜焊需要保证漏率小于1×10^-12m³·Pa/S，确保电子枪室的超高真空密封。真空电极能够保证电机与法兰之间不导电，从而确保电源独立引入到卤素灯泡上，使设备运行稳定可靠。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明的场发射电子枪烘烤装置的剖视示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的右视图。

附图标记说明

10-电子枪室；20-热源；11-壳体；12-法兰；13-真空电极。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的一种场发射电子枪烘烤装置和一种电子枪室的烘烤方法进行进一步介绍,在此需要说明的是，对于以下实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种场发射电子枪烘烤装置，用于对扫描电镜的电子枪室10进行烘烤，使电子枪室10内的温度升高。

参考图1，本实施例的场发射电子枪烘烤装置包括至少一个热源20，该热源20设置在电子枪室10的内部，抽真空组件连接电子枪室10，和电子枪室10相连接的位置形成抽真空组件的抽气口。现有技术中对电子枪室10加热一般采用在电子枪室外缠裹加热带的方法，加热带为电阻丝制成，在加热带通电后热量透过电子枪室10的壳体11向电子枪室10内部传递，导热的效率较低，内部零件不容易被充分加热，因此在电子枪室10工作时，随着温度进一步提升，零件表面残留的气体分子仍会逸出，使得电子枪室10内的真空度降低。上述实施方式作为本实施例的核心技术方案，热源20设置在电子枪室内部，并优选的靠近相关零件设置，从而提高导热效率，使相关零件表面的气体分子充分逸出，这样在电子枪室10处于工作状态时，电子枪室10内的真空度将不会有明显降低。

作为热源20的一种优选的实施方式，热源20为卤素灯泡和连接卤素灯泡的电压输入端和输出端的电极。卤素灯泡具有比一般白炽灯更高的温度运作，它的亮度及效率亦更高，从而保证其对电子枪室10的烘烤效率。卤素灯泡中充有卤族元素气体(例如碘或溴)，其工作原理是：当灯丝发热时，钨原子被蒸发后向玻璃壁方向移动，当接近玻璃管壁时，钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起，形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。卤化钨向玻璃管中央继续移动，又重新回到被氧化的灯丝上，这样卤素灯泡在工作过程中将不会有气体逸出，而一般的白炽灯在受热后钨原子将逸出到电子枪室10内，使电子枪室10内部的真空度下降。同时由于卤素灯炮的工作过程中不产生气体和其他物质，有助于保持电子枪室10内的洁净程度。

以下结合图1-3详细说明本实施例中卤素灯泡的具体设置方式：

首先参考图1，为密封设置所述电极，电子枪室10包括一壳体11，将壳体11的一端设置为法兰接口，法兰12和所述法兰接口密封连接。为了保证法兰接口和法兰12能够超真空密封，法兰12和法兰接口之间设置有铜垫圈，铜垫圈的质地相对较软，在压紧法兰12和法兰接口后铜垫圈会形变补偿到法兰12和法兰接口处气密性不好的位置上去，确保电子枪室10能保持超高真空度。此外，所述电极为真空电极，真空电极通过银铜焊连接在法兰12上，银铜焊需要保证漏率小于1×10^-12m³·Pa/S，确保电子枪室10的超高真空密封。真空电极能够保证电机与法兰之间不导电，从而确保电源独立引入到卤素灯泡上，使设备运行稳定可靠。

作为本实施例中热源20的一种优选实施方式，参考图2和图3，卤素灯泡在电子枪室10内设置为三组，三组卤素灯泡在电子枪室10中同一圆周上均布，确保卤素灯泡对电子枪室10均匀加热，避免出现热辐射死角。具体如图3所示，卤素灯泡的两端连接真空电极，真空电极分别为三组正负电极，其大体呈三角形的三条边排布在法兰12上，卤素灯泡分别位于所述三条边的中点位置，并在电子枪室10空间内呈三角形，且优选处于在电子枪室10截面半径的1/2位置处。

需要说明的是，虽然上述列举说明了卤素灯泡和真空电极的设置位置和数目，卤素灯泡和真空电极的设置方式不仅限于上述实施方式，本领域技术人员能够根据设计需求和倾向性自行选择卤素灯泡和真空电极的设置方式。

现有技术方案中，由于电阻丝在加热过程中会释放气体，因此为了避免电阻丝释放气体导致电子枪室10内的真空度下降，因此电阻丝只能够设置在电子枪室10的外部，造成加热效率低，部分零件温升不足、部分零件过热的技术缺陷。而本实施例的场发射电子枪烘烤装置恰恰克服了上述技术偏见，将热源20设置在电子枪室10内对零件进行烘烤。并通过以下方式全面提升电子枪室10内的真空度：热源20设置在电子枪室10内，直接针对电子枪室10内的零件热辐射，提高了加热效率，使电子枪室10内零件表面分子能够充分逸出，抽真空组件使电子枪室10达到预定真空度后，电子枪室10工作过程中不会有过多气体分子逸出，降低电器枪室10的真空度。由于在电子枪室内部引入了热源20，为此在法兰12上设置了真空电极，真空电极和法兰12之间采用银铜焊的方式连接，保证了该连接位置不会使气体进入电子枪室10，避免造成真空度下降。

实施例2

本实施例提供一种电子枪室的烘烤方法，用于对扫描电镜或是其他真空容器的内部烘烤加热，具体地，该烘烤方法包括以下步骤：

使用热源20在电子枪室10的内部对其进行烘烤，使电子枪室10内的温度保持在120℃～180℃之间；

使用抽真空组件对电子枪室10进行抽真空处理。

需要说明的是：热源20优选在电子枪室10密闭的情况下对电子枪室10进行烘烤，这样抽真空组件的抽真空步骤可以和热源20的烘烤同步进行，以使电子枪室10内获得更高级别的真空度。

进一步，热选20选用卤素灯泡，利用卤素灯泡发热效率高、发热过程中不会逸出气体的优点，一方面保证了电子枪室10能够被充分加热，另一方面，有助于保持电子枪室10内部洁净。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种场发射电子枪烘烤装置，其特征在于：包括：

电子枪室（10）；

至少一个热源（20），设置在电子枪室（10）的内部；

抽真空组件，连接所述电子枪室（10），和电子枪室（10）相连位置形成抽气口。

2.根据权利要求1所述的场发射电子枪烘烤装置，其特征在于：所述热源（20）为卤素灯泡，还包括连接所述卤素灯泡电压输入端和电压输出端的电极。

3.根据权利要求2所述的场发射电子枪烘烤装置，其特征在于：所述电子枪室（10）包括壳体（11），所述壳体（11）的一端设置为法兰连接口，并与法兰（12）相连接，所述电极设置在所述法兰（12）的外部。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的场发射电子枪烘烤装置，其特征在于：所述热源（20）在所述电子枪室（10）中设置为三组，且三组所述热源（20）在同一圆周上均布。

5.根据权利要求3或4所述的场发射电子枪烘烤装置，其特征在于：所述电极为真空电极（13），其在法兰（12）上设置为与所述热源（20）相对应的三组。

6.根据权利要求5所述的场发射电子枪烘烤装置，其特征在于：所述真空电极（13）通过银铜电焊连接到容器上。

7.根据权利要求6所述的场发射电子枪烘烤装置，其特征在于：所述法兰（12）与法兰连接口之间设置有铜垫片。

8.一种电子枪室的烘烤方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用热源（20）在电子枪室（10）的内部对其进行烘烤，使电子枪室（10）内的温度保持在120℃～180℃之间；

使用抽真空组件对电子枪室（10）进行抽真空处理。

9.根据权利要求8所述的电子枪室的烘烤方法，其特征在于：所述热源（20）为卤素灯泡。