DE2639033B2 - Bauteil in mit Ladungsträgerstrahlen arbeitenden elektrischen Vakuumgeräten und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Bauteil in mit Ladungsträgerstrahlen arbeitenden elektrischen Vakuumgeräten und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
40
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteiles.
Aus der FR-OS 22 57 142 ist ein als Teilchenfalle dienendes Bauteil der oben erwähnten Art bekannt, das
eine schwammähnliche, gesinterte Metall- oder Graphitstruktur enthält. Diese schwammähnliche Struktur
kann z.B. auf der Anode einer Elektronenröhre angeordnet sein. Nachteilig an einer solchen Schwammstruktur
ist jedoch, daß die an sich erwünschte, sehr große Oberfläche nur schwer zu entgasen ist und
naturgemäß zum überwiegenden Teil aus nicht als Teilchenfalle nutzbaren inneren und damit überflüssigen
Oberflächenbereichen besteht. Es ist daher bei Geräten, die ein solches als Teilchenfalle bestimmtes Bauteil
enthalten, schwierig, bei der Inbetriebnahme oder nach einer Belüftung ein hohes Betriebsvakuum zu erzeugen
und aufrecht zu erhalten, wie es bei mit Ladungsträgerstrahlen arbeitenden Vakuumgeräten im allgemeinen
gefordert wird, um störende Effekte durch Restgase zu vermeiden. Außerdem besteht bei der bekannten
Teilchenfalle wegen der unregelmäßigen Oberfläche der Schwammstruktur die Gefahr von Feldverzerrungen.
Aus der DE-OS 21 28 921 ist Zirkonium als Beschichtungsmaterial geringer Zerstäubung für Elektroden in
Hochvakuumentladungsgeräten bekannt.
Elektrode in einer Fernsehbildröhre zum Einfangen von Sekundärelektronen mit senkrecht zur Elektrode
verlaufenden Bohrungen zu versehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil der eingangs genannten Art zu
schaffen, das leicht zu entgasen ist Ferner soll das Bauteil aus einem Material hergestellt sein, das keine
elektrisch isolierenden Schichten bildet
Diese Aufgabe wird erfimiungsgemäß durch die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Weiterbildungen, vorteilhafte Ausgestaltungen und ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen des Bauteils
gemäß der Erfindung sind in den Unteransprachen angegeben.
Mit dem Bauteil gemäß der Erfindung werden gegenüber der aus der FR-OS 22 57 142 bekannten
Teilchenfalle die folgenden Vorteile erreicht:
Die aus Sacklöchern oder Durchgangsbohrungen bestehenden öffnungen, zwischen denen sich eine in der
Oberfläche liegende Gitterstruktur (Metall-Kristallgitter) befindet, verzerren das elektrische Feld nicht
merklich.
Durch die Ausbildung der Oberfläche aus Titan oder Zirkonium und deren Legierungen werden örtliche
Aufladungszonen vermieden, da diese Stoffe nicht zur Bildung isolierender Oxidschichten neigen.
Da sich die Bohrungen im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche erstrecken, ergibt sich ein optimales
Verhältnis zwischen der elektronen-optisch wirksamen Oberfläche und der Gesamtoberfläche, d. h. Außenfläche
+ Wandfläche der öffnungen. Die Oberflächenvergrößerung
ist einerseits so groß, wie es für das Einfangen von Teilchen erforderlich ist, aber bei weitem
nicht so groß, daß insbesondere nach einer Belüftung das Entgasen erheblich erschwert wird.
Das Bauteil gemäß der Erfindung ist auch geschützt gegen Zerstäuben, Leistungsverringerungen durch sich
im Strahlengang mit hoher Energie bewegender Sputter-Produkte können daher verringert werden.
Im Hinblick auf mehrfache Reflexionen der Sekundärelektronen in den öffnungen ist es von Vorteil, wenn
diese gemäß dem Anspruch 2 ausgebildet sind. Solche Bohrungen lassen sich in besonders einfacher Weise mit
dem Verfahren nach dem Anspruch 5 erzeugen. Hierbei werden die Strahleintrittsöffnungen zwangsläufig geringfügig
größer als die Austrittsöffnungen.
Die Erfahrung mit den Bauteilen gemäß der Erfindung hat gezeigt, daß beispielsweise bei einem
Massenspektrometer eine ganz erhebliche Steigerung der Meßempfindlichkeit erzielt werden kann. Dieses
Ergebnis beruht mit darauf, daß beispielsweise ein ursprünglich im inneren Massenspektrometerraum
herrschendes Betriebsvakuum durch die desorbierende Wirkung des Elektronen-Ionenstrahls örtlich ganz
erheblich verschlechtert wird, was durch die Bauteile entsprechend der Erfindung verringert werden kann. Im
Trennelektrodenbereich trat bisher durch die sekundär emittierten Teilchen und insbesondere durch die
abgedampften (desorbierten) Restgase eine Vakuumverschlechterung auf.
Das Bauteil nach der Erfindung ist mit Vorteil einsetzbar beispielsweise für Elektronenstrahlkanonen
zum Schweißen, Bohren, Perforieren usw., Präzisions-Elektronenstrahl-Mikrooszillographen,
Elektronenbeschleuniger, Fernsehkameraröhren, Elektronenstrahlmikrosonden, Elektronenmikroskope, Rasterelektro-
nenmikroskope, Hektronenenergie-Analysatoren,
Ionenkanonen zur Materialbearbeitung, Ionenkanonen zur Material-Analyse, Quadnipolmassenspektrometer
und deren spezielle Ionenquellen und -Optiken, Elektronen-Beugungs-Einrichtungen, Polschuhplattenabdeckungen
bei Rasterelektronenmikroskopen, Bildwandlern und Bildverstärkern, Ionenmikrosonden,
Röntgenstrahlenquellengeräte und Ultraviolett-Quellea
Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 schematisch ein Elektronenenergie-Analysator,
Fig.2 den vergrößerten Ausschnitt II der Fig. 1
entsprechend einem Schnitt entlang der Schnittlinie H-II der F ig. 5,
Fi g. 3 den vergrößerten Ausschnitt III der Fi g. 1,
F i g. 4 den vergrößerten Ausschnitt IV der F i g. 1 und F i g. 5 eine Ansicht in Pfeilrichtung V vo:. F i g. 2. In F j g. 1 ist im Schnitt ein Elektronenenergie-Analysator dargestellt, der im wesentlichen aus zwei koaxialen Zylindern besteht, die in einem nicht dargestellten evakuierten Gehäuse untergebracht sind. Der äußere Zylinder 1 liegt an einer Gleichspannungsquelle 2 und empfängt als Oberlagerung eine Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle 3. Hierdurch wird der bei e~ einfallende Elektronenstrahl nach Auftreffen auf eine Probe 4 als Primärstrahl in Richtung des Ringspaltes 9 durch diesen hindurch in den so Energieanalysator gelenkt Der innere Zylinder enthält eine Trennwand 7, so daß die von der Probe ausgehenden Primärelektronen 8 den Sekundärelektronenvervielfacher SEV nicht unmittelbar erreichen können. Durch einen entsprechenden Feldaufbau mit Gleich- und Wechselspannungsquellen entsteht im Analysator eine keulenförmige Elektronenbahn, die beim Ringspalt 9 von oben beginnend den Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinder durchsetzt und dann durch einen Ringspalt 10 des inneren Zylinders und weiterhin durch eine Blende 15 auf den SEV trifft
F i g. 4 den vergrößerten Ausschnitt IV der F i g. 1 und F i g. 5 eine Ansicht in Pfeilrichtung V vo:. F i g. 2. In F j g. 1 ist im Schnitt ein Elektronenenergie-Analysator dargestellt, der im wesentlichen aus zwei koaxialen Zylindern besteht, die in einem nicht dargestellten evakuierten Gehäuse untergebracht sind. Der äußere Zylinder 1 liegt an einer Gleichspannungsquelle 2 und empfängt als Oberlagerung eine Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle 3. Hierdurch wird der bei e~ einfallende Elektronenstrahl nach Auftreffen auf eine Probe 4 als Primärstrahl in Richtung des Ringspaltes 9 durch diesen hindurch in den so Energieanalysator gelenkt Der innere Zylinder enthält eine Trennwand 7, so daß die von der Probe ausgehenden Primärelektronen 8 den Sekundärelektronenvervielfacher SEV nicht unmittelbar erreichen können. Durch einen entsprechenden Feldaufbau mit Gleich- und Wechselspannungsquellen entsteht im Analysator eine keulenförmige Elektronenbahn, die beim Ringspalt 9 von oben beginnend den Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinder durchsetzt und dann durch einen Ringspalt 10 des inneren Zylinders und weiterhin durch eine Blende 15 auf den SEV trifft
Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann der innere Zylinder 6 aus einem mit einem Elektronenstrahl
penörierten Zirkonium- oder Titanrohr bestehen. Dieser innere Zylinder 6 enthält auf seiner Außenseite
eng benachbarte Sackbohrungen 11 (Fig.3), die die
durch Energieselektierung aussortierter unerwünschten Primärelektronen und sonstige Teilchen absorbieren
und dabei die Außenflächen des inneren Zylinders elektronen-optisch nicht verändern, so daß die elektronen-optischen
Eigenschaften des Analysators erhalten bleiben.
Die relativ großen öffnungen am oberen und am unteren Ende des inneren Zylinders sind mit einem
dünnen Drahtnetz oder -Gitter 14 aus Zirkonium oder Titan abgedeckt.
Der äußere Zylinder 1 des Elektronenstrahl-Analysators
kann im Gegensatz zum inneren Zylinder 6 mit durchgehenden Perforationen oder Durchgangslöcbern
12 versehen sein, so daß auch die unerwünschten, vom Elektronenstrahl freigesetzten Teilchenströme nach
außen abwandern können (F i g. 2).
Die im inneren Zylinder vorgesehene Trennwand 7 kann ebenfalls als Zirkonium- oder Titanblech mit der
Struktur nach der Erfindung ausgebildet und an der der Probe 4 zugewandten Seite mit eng aneinanderliegenden
Sacklöchern U versehen sein. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Trennwand in bisher
üblicher Form auszubilden und über dieser durchgehenden
Wand eine plane oder kartenförmige Zirkoniumoder Titanscheibe 13 anzuordnen, die dann mit
durchgehenden Bohrungen 12 versehen sein kann (F ig. 4).
Bei einem Quadrupolanalysator können die vier aus einem massiven Metall bestehenden Polstäbe und das
sie umgebende Rohr als Bauteile nach der Erfindung hergestellt werden.
Claims (5)
1. Bauteil in mit Ladungsträgerstrahlen arbeitenden elektrischen Vakuumgeräten, dessen von einem
Primärstrahlenbündel aus sichtbarer Oberflächenbereich
als strukturierte Oberfläche aus einem Werkstoff, wie Titan, mit niedriger Zerstäubungsrate
und sehr kleiner Desorptionsrate besteht und derart mit eng beieinanderliegenden Öffnungen
versehen ist, daß sie pro Millimeter mehr als eine öffnung von gleicher oder größerer Tiefe als der
Öffnungsdurchmesser aufweist und daß die Gesamtfläche der öffnungen mindestens die Hälfte der
gesamten Oberfläche des Oberflächenbereiches einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß
die öffnungen Sack- oder Durchgangsbohrungen (II, 12) von weniger als 0,5 mm Durchmesser sind,
die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche verlaufen, und daß die Oberfläche außer aus Titan
auch aus Zirkonium und deren Legierungen bestehen kann.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Bohrungen mit
zunehmenden Abstand von der Oberfläche abnehmen.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Bauteils
durch eine aufgelegte Platte (13) gebildet ist
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der
öffnungen 65 bis 85% der gesamten Oberfläche des Bauteils einnimmt
5. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrungen durch Elektronen- oder Laserstrahlen erzeugt werden.
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