CN116686060A - 真空电子装置中电子束的磁静电感测、聚焦和转向 - Google Patents

Abstract

生产具有多个二维的各种材料层的真空电子装置(VED)，所述多个二维的各种材料层被结合在一起以同时形成一个或多个VED。二维材料层被机械加工成包括装置工作所需的特征，使得当组装和结合成三维结构时，形成三维特征。二维层利用钎焊、扩散结合、辅助扩散结合、固态结合、冷焊、超声波焊接等结合在一起。制造方法能够并入VED制造所需的金属材料、磁性材料和陶瓷材料，同时维持所需的位置精度和每批多装置的能力。如此生产的VED包括用于电子束控制的磁性透镜与静电透镜的组合。

Description

真空电子装置中电子束的磁静电感测、聚焦和转向

相关申请及优先权要求的声明

本申请要求基于以下内容的优先权权益：(1)以发明人Diana Gamzina Daugherty的名义于2020年11月15日提交且对其一般占有的标题为“Multil-ayered multi-materialmanufacturing process for vacuum electronic devices”的美国临时专利申请序列号63/198,817，其内容特此通过引用并入，如同在本文中完整阐述一样；以及(2)以发明人Diana GamzinaDaugherty的名义于2020年11月21日提交且对其一般占有的标题为“Electronicmagneto-electrostatic sensing,focusing,and steering of electronbeams in microwave,millimeterwave,and near-terahertz vacuum electronicdevices”的美国临时专利申请序列号63/198,915，其内容特此通过引用并入，如同在本文中完整阐述一样。

本申请可视为与随此于同一日期提交的另一件专利申请相关：以发明人DianaGamzinaDaugherty的名义且对其一般占有的美国专利申请序列号17/525,658且标题为“Multi-LayerVacuum Electron Device and Method of Manufacture”，该申请进而要求基于以下内容的优先权权益：(1)以发明人Diana Gamzina Daugherty的名义于2020年11月15日提交且对其一般占有的标题为“Multi-layered multi-material manufacturingprocess for vacuum electronicdevices”的美国临时专利申请序列号63/198,817；以及(2)以发明人Diana Gamzina Daugherty的名义于2020年11月21日提交且对其一般占有的标题为“Electronic magneto-electrostaticsensing,focusing,and steering ofelectron beams in microwave,millimeter wave,andnearterahertz vacuumelectronic devices”的美国临时专利申请序列号63/198,915。美国专利申请序列号17/525,658的内容特此通过引用并入，如同在本文中完整阐述一样。

技术领域

本公开总体上涉及一种用于制造真空电子装置(VED)的制造方法，所述真空电子装置具有多个二维的各种材料层，多个二维的各种材料层结合在一起以同时形成一个或多个VED。二维材料层被机械加工成包括装置工作所需的特征，使得当组装和结合成三维结构时，形成三维特征。二维层利用钎焊、扩散结合、辅助扩散结合、固态结合、冷焊、超声波焊接等结合在一起。制造方法能够并入VED制造所需的金属材料、磁性材料和陶瓷材料，同时维持所需的位置精度和每批多装置的能力。如此生产的VED包括用于电子束控制的磁性透镜与静电透镜的组合。

背景技术

真空电子装置(VED)在真空环境中工作，并利用一个或多个电子束与在VED的相互作用区中生成的电磁场之间的相互作用。VED的构造需要将金属材料、陶瓷材料、磁性材料和其它材料并入到单个组件中，该组件可保持在真空中或封闭在真空中，以便不阻碍电子从真空电子装置的阴极(电子发射器)传输到收集器(电子接收器)。真空区也被称为真空室或真空腔或真空隧道或RF相互作用区，并且是电子束(一个或多个)与电磁波(一个或多个)之间发生相互作用之处。现有技术中这种VED的示例包括(但不限于)粒子加速器、速调管、陀螺振子、回转速调管、回转放大器、行波管(TWT)、回转TWT、返波振荡器、感应输出管(IOTS)、磁控管、交叉场放大器、自由电子激光器、ubitrons、微波激射器、二极管、三极管、四极管、五极管等。某些气体离子激光器，尽管不是严格地在真空下工作，而是在非常低的压力下工作，并且通常缺少RF相互作用区，但却是以非常相同的方式工作。

电子束通过VED的电子束隧道的传播，常规上是通过使用磁场或静电场将电子束限制(contain)在电子束隧道内来实现的。空间电荷，即带负电荷的电子被压缩成窄束的效应，倾向于使束分散开，因为电子由于它们都具有相似的电荷而倾向于相互排斥。因此，约束(Confinement)技术是必要的，为的是在更长的时间和距离内保持束在一起，使得可延长其在相互作用区中与RF信号的相互作用来提高VED的效率和性能。

永磁体、电磁体以及永磁体或电磁体的周期阵列常常用于将束约束于束隧道。当组装VED并为其工作做准备时，出现了两个挑战：(1)由于制造和组装有差，束隧道、磁中心线和束的注入位置常常并不完全对准，这在较高频率的装置中尤其明显；(2)磁性材料质量不足以确保单个磁体的磁畴以所需的精度同设计目标调准(co-align)，从而导致磁场不均匀。因此，在制造了VED之后，技术专家通常要花费相当大的努力来调节或修整(trimming)VED周围的磁场以便实现最佳的电子束传输。这种修整通常是通过使用粘合剂将修整磁体手动施加到VED结构的外部来进行的。此过程对于传输优化过程的指导的输出有限，大多数情况下仅仅是束传输与阴极电流的比较，而有多个位置可以添加额外的修整磁体来优化VED性能。这个过程很漫长，并且根据VED的复杂性，可能需要几个小时到几个星期才能完成。出于此目的，用于带状电子束(sheet electron beam)VED的周期会切磁体组件近期并入了四极对准磁体，但是它们仅提供了对准过程的渐进加速，并且仍然不足以满足近THz装置的需求。

现有的VED大体上是采用单独的二维和三维子部件，将这些子部件形成组件，将该组件结合至外壳以提供结构支撑和真空外壳，然后进行常规真空加工和密封程序以产生功能性VED来制造的。根据装置的复杂性，此类程序可能会花费数周或更久来完成单个装置，并且要用大量高超技能的手工劳动和大的洁净室来执行这些程序。如今，随着从地球站到卫星再到蜂窝塔以及本地WIFI系统和地面骨架系统的无线高带宽数据通信需求激增，存在对大量低成本此类装置的巨大需求。

发明内容

本文所述主题总体上涉及利用平行材料片制造真空电子装置(VED)，所述平行材料片被组装成堆叠物(stack)并结合在一起以形成三维VED。这种方法的一个优点是，可以相同的结构同时制造出多个VED，并且在完成时可简单地割离以供单独使用，就像半导体装置制造中通常所做的那样，因此显著降低了每个装置的制造成本。如此生产的VED包括用于电子束控制的磁性透镜与静电透镜的组合。

前述综述为概述，因此可能包含了细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将会理解，该综述仅仅是说明性的而不旨在以任何方式进行限制。

附图说明

并入本说明书并构成其部分的附图示出了一个或多个示例性实施方式，并与这些示例性实施方式的描述一起用于说明本发明的原理和实施方案。

在附图中：

图1是根据一个实施方式的VED的右前侧立体图。

图2是根据一个实施方式的图1的VED的左后侧立体图。

图3是根据一个实施方式的图1的VED的右侧立面图。

图4是根据一个实施方式的图1的VED的右前侧局部剖切立体图。

图5是根据一个实施方式的图1的VED的内部右前侧局部剖切立体图。

图6是根据一个实施方式的图1的VED内部的一部分沿线6-6截取的剖视图。

图7是根据一个实施方式的从组件切割的一个VED的右前侧立体图。

图8是根据一个实施方式的VED内部的一部分的剖视图。

图9是根据一个实施方式的图8的VED内部的局部剖切左前侧立体图。

图10是根据一个实施方式的VED内部的局部剖切左前侧立体图。

图11是根据一个实施方式的图10的VED的区域11内部的分解的局部剖切左前侧立体图。

图12A、图12B、图12C和图12D是示出可根据一个实施方式用于提供束转向和聚焦功能的各种控制板的示意图。

图13是示出根据本发明实施方式的用于制造真空电子装置的工艺或方法的流程图。

具体实施方式

本文在诸如TWT等VED的背景下描述了示例性实施方式。本领域普通技术人员将认识到以下描述仅仅是说明性的而不旨在以任何方式进行限制。受益于本公开的此类技术人员他们将容易想到其它实施方式。现在将详细参考如附图中所示的对示例性实施方式的实施。在整个附图和以下描述中，将尽可能使用相同的附图标记来指代相同或相似的项。

为清楚起见，未显示和描述本文所述实施方案的所有常规特征。当然，应当理解，在任何这种实际实施方案的开发中，必须做出许多特定于实施方案的决定，以便实现开发者的特定目标，比如符合与应用相关和商业相关的约束，并且这些特定目标将会因实施方案的不同和开发者的不同而有所不同。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这仍然是常规地从事工程。

本文对“一种实施方式”或“一个实施方式”或者“一种实施方案”或“一个实施方案”等的提及是指结合示例性实施方式所描述的特定特征、结构、部分、功能或特性可被包括在至少一种示例性实施方式中。在本说明书中不同地方出现的诸如“在一种实施方式中”或“在一种实施方案中”等短语不一定都是指同一实施方式或实施方案，也不一定是与其它实施方式互斥的单独和可选的实施方式。

根据本公开，可使用各种技术实施本文所述的部件和方法步骤而不背离本文所述发明构思的范围和精神。

此处描述的内容包括本发明的实施方式的示例。当然，不可能为了描述所要求保护的主题而描述部件或方法的每一种能想到的组合，但是应当理解，本发明的许多进一步的组合和排列都是可能的。因此，所要求保护的主题旨在涵盖所有这些落入所附权利要求精神和范围内的变更、修改和变型。此外，对本主题公开的所示实施方式的以上描述，包括摘要中所描述的内容，并不旨在穷举或将所公开的实施方式限制为所公开的精确形式。尽管为了说明的目的，在本文描述了具体的实施方式、示例和实施方案，但是相关领域技术人员能够认识到，在此类实施方式和示例的范围内，各种修改都是可能的。

具体地且对于上述部件、装置、系统等所执行的各种功能而言，除非另有指示，否则用于描述此类部件的术语旨在对应于执行所述部件的指定功能的任何部件(例如，功能等同物)，即使在结构上不等同于执行所要求保护主题的本文所示示例性方面的功能的所公开的结构。

此外，虽然本发明的特定特征可能仅关于几种实施方案中的一种进行了公开，但这种特征可与其它实施方案中的一种或多种其它特征组合，这对于任何给定或特定的应用而言都可能是期望和有利的。此外，就详细描述或权利要求中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”及其变体以及其它类似词语而言，这些术语旨在以类似于作为开放过渡词的术语“包含”的方式包含，而不排除任何另外或其它的要素。

此外，本文中使用的词语“示例”或“示例性”是指充当示例、实例或说明。本文描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为优选于或优于其它方面或设计。确切地说，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体的方式呈现构思。如本申请中所用，术语“或”旨在表示包含性的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有指定或从上下文中清楚，否则“X采用A或B”意在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X采用A；X采用B；或者X采用A和B两者，则在任何前述情况下都满足“X采用A或B”。此外，在本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被解释为表示“一个或多个”，除非另有指定或从上下文中清楚是指向单数形式的。

在附图中，当多于一张附图中使用插图编号或参考符号时，其旨在指代相同或相似的部分、部件或步骤，除非本公开中明确没有这样的意图。

本文所述的装置和方法可用于利用笔束(pencil beams)、带状束(片束，sheetbeams)、矩形束、椭圆形束、空心束、分布束(distributed beams)和多束(multiple beams)的VED。

尽管下文大部分的描述是关于按照从电子束下方到电子束上方的层的方式构建VED，其中板平行于电子束排列，但也考虑到在本文的教导下以相对直接的方式正交于电子束来构建此类装置。如果需要，这种装置也可与电子束成任意角度来构造，例如，在分布束装置中。

虽然本发明的一个主要益处是能够允许在一个批次中同时制造多个VED，然后将其切割成独立的部件，但是使用本发明制造单个原型装置也被证明比现有技术更具成本效益。

一般地，磁体用于在VED中提供至少某些电子束成形和瞄准功能。如果电子束没有被适当地从阴极引导到阳极，则它可能会撞击到VED结构的某些其它部分，导致损坏和污染真空区域。并入各种磁性材料类型的能力有益于VED的组装。海尔贝克(Halbach)阵列或四极阵列常被用于聚焦电子束，如同螺线管被部署在距电子束一定距离其周围那样。本发明的另一个主要益处是它能够针对给定的磁体(电磁螺线管或固定式的)在电子束处提供更高强度的磁场，因为本发明允许磁体更靠近电子束而不用将它们放置在真空室内。由于来自磁体的磁场随着距磁体距离的平方而减小，所以借助于本发明，磁体可更加靠近且变得更小。可借助实际磁体以及磁体与磁敏感材料的组合来执行磁性转向(magneticsteering)，磁敏感材料与磁体一起在VED内建立期望的磁场以适当地使电子束转向。因为磁性材料和/或含铁与含镍材料不是良好的电导体，所以电磁电路一般由像铜(或用于螺旋型装置的钨)之类的材料制成，从而将聚焦结构移动得距电子束更远。磁体和/或含铁与含镍材料可电镀有高导电率材料如铜，并用于减轻该问题，然而，这种布置会对VED产生潜在的真空纯度问题，因为这种材料在VED中会随着时间而退化。

静电聚焦也可用于在VED中提供某些电子束成形和瞄准功能。本发明将电导体引入真空结构的能力现允许通过横跨设置于电子束周围的两个或更多个板施加电压而在真空结构内使用精确的静电聚焦。如果具体应用需要或要求，则可采用多组这样的板。

本文所述的制造方法可用于制造各种频率下的VED，但对于在约25GHz和约1THz之间工作的VED尤其有益。由于小的特征尺度(在某些情况下为微米到毫米)，使用常规的手动装置组件来制造这种装置是具有挑战性的。

本文所述的实施方式总体上涉及VED内经改进的电子束流感测、电子束聚焦和电子束转向。具体地，这些实施方式示出了通过利用电导体(电极)在电子束附近的近范围将静电场施加到电子束上，在约束磁场内电子感测和控制电子束传播的新机制。电极可用于详细感测沿VED电路结构的束传输和损失，以及用于在电子束周围的区域中施加电势来使束聚焦(通过使用静电透镜——通常是单电势元件)或使束转向(通过使用静电偏转器——通常是两个或四个电势元件)。然后，能够采用常规设计的电子控制系统来感测来自传感器的电流，从而以相对直截了当的方式调节各个电极上的电势，以使通过电子束的电流最大并且使进入VED主体的电流最小，这比现有方法耗费的时间少得多。

现在转到附图，图1是根据一个实施方式的VED 100的右前侧立体图。图1的VED100可以是，例如带状束TWT。根据一个实施方式，图1的VED 100可由多个堆叠并结合在一起的层制造。这些层可平行布置使得它们平行于电子(带状)束轴线(该轴线的一端用102表示)，它们也可正交于该轴线布置，或者如果需要的话，以其它角度布置。根据图1，内部包括重复样式(pattern)的元件104、106、108、110和112，其中元件108是夹在元件106和110的任一侧的永磁体，元件106和110也可以是永磁体或者可由诸如铁或镍的磁性材料形成。完成夹心的是元件104和112，它们是电绝缘体(例如，氧化铝)。电信号诸如控制板偏置信号(将在下面详细讨论)和/或RF输入和输出信号在端子114、116、118和120上传送。如图所示，这些端子分别通过绝缘体122、124、126和128以及导体绝缘体130、132、134和136与结构的其余部分绝缘。在VED 100的右端示出了4极(四极)静电转向/聚焦组件138。组件138包括四个电极端子140、142、144和146，它们分别通过绝缘件149、150、152和154与VED 100的结构绝缘。形成VED 100的外部主体的元件156、158和160由诸如铜的电导体形成。这种静电四极聚焦方法对于带状束和笔束VED特别有用。元件162、164是磁体，有助于约束和聚焦沿轴线102行进的电子束。在元件156和160之间定位了VED的磁组件或磁路，其可以是以下类型中的一种或多种：周期性会切磁体、周期性永磁体、wiggler磁体、海尔贝克磁体、螺线管磁体、永磁体、电磁体、电永磁体等。

图2是根据一个实施方式的图1的VED 100的左后侧立体图。元件166、168是磁体，有助于约束和聚焦沿轴线102行进的电子束。电信号诸如控制板偏置信号(将在下面详细讨论)和/或RF输入和输出信号在端子170、172、174、176、178和180上传送。如图所示，这些端子分别通过导体绝缘体182、184、186、188、190和192与结构的其余部分绝缘。

图3是根据一个实施方式的图1的VED 100的右侧立面图。它显示了组件138的细节。这里还示出了电端子194、196，它们通过导体绝缘体198、200与元件158绝缘。

图4是根据一个实施方式的图1的VED 100的右前侧局部剖切立体图。根据该实施方式，元件156a和160a由绝缘材料形成，而不是像图1、图2和图3中元件156和160那样由导电材料形成。元件158在图4(和图5)中显示为具有两个部分158a和158b。在剖切图中，可以看到电子带状束隧道202是耦合腔型结构。

图5是根据一个实施方式的图1的VED 100的内部右前侧局部剖切立体图。

图6是根据一个实施方式的图1的VED 100内部的一部分沿线6-6截取的剖视图。电信号诸如控制板偏置信号(下面更详细地讨论)和/或RF输入和输出信号在端子204、206、208、210、212和214上传送。如图所示，这些端子分别通过绝缘体216、218、220、222、224和226与结构的其余部分绝缘。元件228是外部导电罩，而元件230是由例如铜形成的导电零件。

图7是根据一个实施方式的从组件702切割的一个VED 700的右前侧立体图。根据该实施方式，VED 700包括多个平行的材料片704、706、708、710、714、716，其中至少706、708、710、712和714包括诸如铜的导电材料，而704和716可以是诸如铁或镍的磁性材料。层702、704、706、708、710、712、714、716结合在一起。相互作用区718包括层708、710、712，并且是VED 700的电子束与RF信号相互作用之处。这种RF信号可例如经由导体720引入到相互作用区718并经由导体722提取。在制造之后，组件702被切割(例如，激光切割或水射流切割)以释放单独的部件如VED 700，留出间隙724。

图8是根据一个实施方式的VED 800内部的一部分的剖视图。VED 800可由结合层组件形成，该组件可与装置的电子束轴线802水平或正交。电子束隧道或相互作用区在804处示出。VED 800包括一组重复的区块806，区块806包括元件808、810和812。元件808和812是永磁体，用于帮助约束VED 800的电子束(一个或多个)。元件810可以是一块磁性材料如铁或镍的永磁体。元件814、816、818、820、822和824是导电元件，VED 800的电子束行进穿过这些导电元件。绝缘体826、828、830、832、834、836、838、840和842将各个控制板844、846、848、850和852与VED 800的主体的导电部分隔离。控制板854、856和858可例如用于通过向它们施加各种电偏置(DC电压)来聚焦电子束。控制板860包括3个绝缘体838、840和842以及两个导电板850、852，并且它可例如用于通过向板850、852施加各种电偏置(DC电压)——例如，一个可以是正的，一个可以是负的——来施加双轴静电束操纵(two-axiselectrostatic beam steering)(每个板一个轴)。元件862可以是一块磁性材料如铁或镍的永磁体。元件864、866、868和870是导电元件，VED 800的电子束行进穿过这些导电元件。

如果需要对电子束进行“打孔(punch)”或“预聚束(pre-bunch)”以提高效率，单电极静电透镜可被提供脉冲或调制电压信号，而非连续DC电压信号。

图9是根据一个实施方式的图8的VED 800内部的局部剖切左前侧立体图。

图10是根据一个实施方式的图8的VED 800内部的局部剖切左前侧立体图。

图11是根据一个实施方式的图10的VED 800的区域11内部的分解的局部剖切左前侧立体图。

图12A、图12B、图12C和图12D是图示各种控制板或静电透镜1200、1202、1204和1206的示意图，这些控制板或静电透镜可根据一个实施方式用于提供束感测(电流)、转向(偏转)和聚焦(偏置)功能。可例如通过在电子束周围的完全导电的板中部署单个电压来实现束聚焦。这在图12A中示出。板1200可由导体诸如铜或其它适合真空的材料形成。电子束穿过板1200中的孔1208，并且电压(正的或负的)被施加到端子1210。带负电的电子将略微被提供聚焦功能的带电板1200吸引或排斥。

图12B示出了由诸如氧化铝(Al₂O₃)的绝缘体形成的类似板1202。如本领域普通技术人员所知，氧化铝容易钎焊。在图12B所示的示例中，(通过电镀或电沉积或其它等效方法)形成了两个电极1212和1214(位于12点钟和6点钟)。通过向电极1212和1214中的一个或两个施加正电压或负电压，可略微使电子束转向或移动。例如，电极1212和1214中的一个可以被正偏置，而另一个可被负偏置。可选地，电极1212和1214中的一个可完全省略，而电压可仅被施加到剩余的电极。

图12C示出了与图12B中的板1202相似，但却以不同的角度(此处是偏离90度，在3点钟和9点钟处)定向的板1204。如果需要四电极控制，则板1202和1204可通过添加板1204的电极1216和1218，彼此靠近但绝缘地堆叠以提供这种控制。

图12D示出了刚刚描述，但在具有四个电极1220、1222、1224和1226的单个板中实施的构思。注意，如果需要，可提供更多的电极，并且可使用不同的角度位置。电极上的净电压可提供聚焦效应，而不平衡的电压可提供电子束偏转效应。

图12A、图12B、图12C和图12D示出了可根据一个实施方式用于电子束感测、聚焦和转向(以及正横向加速/减速(abeam acceleration/deceleration)，如果需要的话)的控制板。例如，在图8中，它们可用于元件854、856、858和860。本文提到的VED配备有磁体以将电子束约束于相互作用区内的束隧道区。磁体可以是围绕VED的螺线管类型，或者如本文所示，它们可以是并入VED结构中以便将它们放置得更靠近(并且更有效)电子束的固定类型。在没有一定的约束力的情况下，电子束将像从软管中流出的水一样散布。磁约束类似于磁透镜作用，以将束沿其路径约束以保持其狭窄并避免直接撞击到VED的结构上——这种情况会损坏VED并浪费其能量。

控制板是静电透镜。沿电子束周期性部署的静电透镜使电子束转向和聚焦并围绕电子束传播路径并入(它们的中心是中空的，以允许束通过)，从而沿固定磁场施加电场。这些控制板可具有一个或多个电连接。它们可彼此靠近堆叠。静电透镜可沿着VED的磁性结构集成，偶尔中断它，允许磁性结构更靠近束隧道，以在束轴处实现更高的磁强度。

此外，在沿电子束隧道的各种位置并入静电透镜，允许对沿电子束隧道和/或电路的电子束损失进行渐进测量，从而帮助识别磁性组件或电子束对准的问题区域。静电透镜可被定向为在某个轴向位置沿着电子束隧道连续行进，它们可被定向为围绕电子束，或者它们可沿着电子束被放置在某些离散的位置和固定的轴向位置。

静电透镜(单独的导体)可用于感测沿电子束的每个传感器位置处的电子流密度。它们可用于电子束聚焦或转向——通过调整它们的电势以使沉积在电极和VED结构上的电子束流最少。此技术对于工作在毫米波和近THz频率的VED特别有益，以补偿这种装置中常常遇到的磁场不规则性。

控制板可适于提供围绕电子束的多个电极，以帮助表征其在束隧道中的位置及其同心度(如果是圆形的话)。

通过本文所述的多层多材料制造方法实现了磁静电聚焦设计。根据该方法，在聚焦/转向/感测系统的制造中采用了金属材料、磁性材料和陶瓷材料。

该方法可用于诸如带状束、空心束、笔束、分布束、多束的束类型的装置等。

可利用所感测的电子束流，通过向可用的静电透镜施加电势以优化电子束传播来优化电子束沿电子束隧道的传播，从而减少对技术人员装配和修整的需求。

为了完全聚焦和定位电子束以获得最大性能，可通过对VED周围的磁场和沿电子束部署的各个控制板的静电电压输入施予调节来监测从束到地面但未到收集器的电流并使其最少。

图13是示出根据本发明实施方式用于制造真空电子装置的过程或方法1300的流程图。结合图13描述的过程步骤可按顺序执行，它们也可一次执行一部分或全部。

框1302是第一步骤：由非磁性导电材料形成第一平面非磁性导体板。

框1304是第二步骤：由非磁性导电材料形成第二平面非磁性导体板。

框1306是第三步骤：由彼此平行布置的多个导电非磁性相互作用结构成形板形成相互作用结构，使得相互作用结构包含电子束隧道，相互作用结构包含至少一个静电透镜元件，静电透镜元件具有至少一个通向相互作用结构外部的导电路径，导电路径与相互作用结构电绝缘使得施加到导电路径的电压将传导至静电透镜元件。

框1308是第四步骤：将第一平面非磁性导体板、相互作用结构和第二平面非磁性导体板设置成堆叠物，使得第一平面非磁性导体板和第二平面非磁性导体板处于堆叠物外部。

框1310是第五步骤：将第一平面非磁性导体板、相互作用结构和第二平面非磁性导体板结合在一起。

框1312是第六步骤：用经布置用于将电子束约束在电子束隧道内的至少一个磁体围绕电子束隧道区。

框1314是第七任选步骤：形成至少一个静电透镜元件使得其被配置以输送提供在设置于静电透镜元件上的至少一个电绝缘导体上的电偏置信号。

框1316是第七任选步骤：形成至少一个静电透镜元件使得其被配置以输送提供在设置于静电透镜元件上的至少两个单独的电绝缘导体上的至少两个单独的电偏置信号。

框1318是第七任选步骤：形成至少一个静电透镜元件使得其被配置以输送提供在设置于静电透镜元件上的至少四个单独的电绝缘导体上的至少四个单独的电偏置信号。

本领域普通技术人员将认识到，这些步骤可按最便于制造的次序执行而无需按锁定步骤实施。例如：结合步骤可一次全都实施；成形步骤可预先实施以制造日后组装用零件；等等。

在将这些二维片材结合在一起时，可使用以下方法：钎焊、扩散结合、辅助扩散结合、固态结合、冷焊、超声波焊接、一种或多种前述方法的组合等。两个相邻片材之间形成的接缝应当维持好于1×10^-6托的真空环境。结合应当在非反应性环境，比如：氢气、氮气、真空等中实施。在结合之前，各个层应当被清洗或等离子体蚀刻以去除表面氧化物层，并在结合之前保持在真空环境中，以有助于形成良好的密封结合。在需要时，各个层可用增强两个相应的层(可以是不同的材料)之间真空兼容界面产生的真空兼容材料涂覆(溅射、电镀、金属化和/或漆涂)。涂层可包括下列中的一种或多种：镍、金、银、钼-锰、铜、铜-金、铜-银、钛-镍、金-铜-钛、铜-银-钛、铜-银-钛-铝、钛-镍-铜、金-铜-钛-铝、银-铜-铟-钛、铜-锗、钯-镍-铜-银、金-钯-锰、银-钯、金-铜-镍、金-铜-铟、银-铜-铟、金-镍、金-镍-铬等。以这种方式，结合后的层形成高强度组件，产生相对高能的处理能力和高梯度能力VED。

这些层也可涂覆(溅射、电镀、金属化和/或漆涂)有电绝缘材料或导电材料以管理VED中的电势和热流。涂层还可包括设计成导热的材料(例如，金刚石膜、金刚石传导通道、冷却通道、热管等)，以便更好地管理VED内和离开VED的热流。层可由绝缘体(例如，Al₂O₃)制造，然后镀有导电路径，以形成电极和用来偏置电极的电路径。

可使用诸如铣削、车削、放电铣削、光刻、蚀刻、激光切割、电子束切割、喷水切割等技术在VED的导电片中形成切口或凹穴。如此形成的切口和凹穴可由诸如陶瓷材料、真空窗口、电路切断材料(用于提高装置稳定性的衰减器)、电子发射材料、真空泵送材料、吸气材料、磁体、铁件、屏蔽材料、隔离材料、导线、连接器、波导、耦合器等部件充填。

陶瓷材料的并入使得能够在VED内添加静电束成形透镜或区域，以帮助聚焦、传播、引导、转向、击穿以及最终改善阴极与收集器之间的电子束传播。通过将这种能力构建到VED本身中，而不是在VED的真空区之外提供这种能力，可对电子束进行更精细和更低功耗的控制。

在制造过程中，可使用对准特征112实现VED内相邻材料层或材料片的对准。这些特征可以是如本文别处讨论的对准孔、对准销、矩形特征、其组合、适用于机器人组装技术的光学(可见)标记等。片材的组装可通过手动组装、机器人组装、平移台、自动平移、机器人放置、微米到纳米级视频对准、游标刻度等来实现。

尽管显示和描述了示例性实施方式和应用，但对受益于本公开的本领域技术人员显而易见的是，可对本文所述的各种示例性实施方式做出上文未具体提及的多种修改、变型和改编而不背离由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (12)

1.一种真空电子装置，其包括：

第一平面非磁性导体板；

第二平面非磁性导体板；

设置在所述第一非磁性导体板与所述第二非磁性导体板之间的多个平面非磁性相互作用结构成形板，所述多个平面非磁性相互作用结构成形板形成容纳电子束隧道区的RF相互作用结构，

其中，

所述第一非磁性导体板、所述第二非磁性导体板和所述多个非磁性相互作用结构成形板平行布置并结合在一起，

所述电子束隧道区被经布置以将电子束约束在所述电子束隧道区内的多个永磁体围绕；

所述RF相互作用区包括与所述RF相互作用结构电绝缘的至少一个控制板，所述至少一个控制板联接到经布置以穿过所述RF相互作用结构并与其电绝缘的至少一个电绝缘导体。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个控制板被配置以输送提供在设置于所述控制板上的至少一个电绝缘导体上的电偏置信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个控制板被配置以输送提供在设置于所述控制板上的至少两个单独的电绝缘导体上的至少两个单独的电偏置信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个控制板被配置以输送提供在设置于所述控制板上的至少四个单独的电绝缘导体上的至少四个单独的电偏置信号。

5.一种真空电子装置，其包括：

VED的容纳电子束隧道的相互作用结构的多个导电部分，所述电子束隧道具有平行于所述相互作用结构的纵向轴线；

所述多个部分由成对的电绝缘体隔开，每对电绝缘体将正交于所述纵向轴线设置的至少一个静电透镜元件夹心；以及

每个静电透镜元件被提供有通向所述相互作用结构外部的至少一个导电路径，所述导电路径与所述相互作用结构电绝缘使得施加到所述导电路径的电压将被传导到所述静电透镜元件；

其中，

所述电子束隧道区被经布置以将电子束约束在所述电子束隧道内的至少一个磁体围绕。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一个静电透镜元件被配置以输送提供在设置于所述静电透镜元件上的至少一个电绝缘导体上的电偏置信号。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一个静电透镜元件被配置以输送提供在设置于所述静电透镜元件上的至少两个单独的电绝缘导体上的至少两个单独的电偏置信号。

8.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一个静电透镜元件被配置以输送提供在设置于所述静电透镜元件上的至少四个单独的电绝缘导体上的至少四个单独的电偏置信号。

9.一种制造真空电子装置的方法，所述方法包括：

由非磁性导电材料形成第一平面非磁性导体板；

由非磁性导电材料形成第二平面非磁性导体板；

由彼此平行布置的多个导电非磁性相互作用结构成形板形成相互作用结构，使得所述相互作用结构包含电子束隧道，所述相互作用结构包含至少一个静电透镜元件，所述至少一个静电透镜元件具有通向所述相互作用结构外部的至少一个导电路径，所述导电路径与所述相互作用结构电绝缘使得施加到所述导电路径的电压将被传导到所述静电透镜元件；

将所述第一平面非磁性导体板、所述相互作用结构和所述第二平面非磁性导体板设置成堆叠物，使得所述第一平面非磁性导体板和所述第二平面非磁性导体板处于所述堆叠物外部；

将所述第一平面非磁性导体板、所述相互作用结构和所述第二平面非磁性导体板结合在一起；和

用经布置以将电子束约束在所述电子束隧道内的至少一个磁体围绕所述电子束隧道区。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

形成所述至少一个静电透镜元件使得其被配置以输送提供在设置于所述静电透镜元件上的至少一个电绝缘导体上的电偏置信号。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

形成所述至少一个静电透镜元件使得其被配置以输送提供在设置于所述静电透镜元件上的至少两个单独的电绝缘导体上的至少两个单独的电偏置信号。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括：

形成所述至少一个静电透镜元件使得其被配置以输送提供在设置于所述静电透镜元件上的至少四个单独的电绝缘导体上的至少四个单独的电偏置信号。