TW202225683A

TW202225683A - 電子束檢測裝置及檢測方法

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Publication number: TW202225683A
Application number: TW110101337A
Authority: TW
Inventors: 張科; 陳果; 柳鵬; 姜開利; 范守善
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-07-01
Also published as: US11874414B2; JP7058426B1; JP2022096583A; US20220196482A1; CN114646995A; TWI755251B

Abstract

本發明提供一種電子束檢測裝置，包括：一法拉第杯，該法拉第杯具有一開口；一多孔碳材料層，該多孔碳材料層設置在所述法拉第杯的表面且在所述開口處懸空設置，該多孔碳材料層懸空的長度大於等於待測電子束的最大直徑；以及一電錶，該電錶與所述多孔碳材料層電連接，用於測試待測電子束和多孔碳材料層相對移動過程中多孔碳材料層中的電荷形成的電信號，並根據電信號隨著待測電子束和多孔碳材料層相對移動的距離的變化，得到待測電子束的尺寸。本發明還提供一種採用上述電子束檢測裝置檢測電子束的檢測方法。

Description

電子束檢測裝置及檢測方法

本發明涉及一種電子束檢測裝置及檢測方法，尤其涉及一種採用多孔碳材料線狀結構或條狀結構的電子束檢測裝置及檢測方法。

電子在電場中受力而加速、能量提高，並在真空中匯集成束產生電子束。電子束技術已在高溫合金的成型製造與精煉、高溫合金的焊接、表面改性以及塗層製備等領域得到了廣泛應用，並將不斷涉足航空航太、國防軍工以及核工業等各個領域中。電子束的形狀和大小直接影響到其在應用中達到的效果。因此，電子束檢測裝置以及檢測方法非常重要。

先前的採用金屬片的電子束檢測裝置及檢測方法中，將所測得的電學曲線進行微分後得到電子束斑的尺寸，操作簡單。然而，該檢測方法中，電子束在金屬片邊緣會有各種散射，導致測量不准。因此，提供一種測量結果準確的電子束檢測裝置及檢測方法將具有非常重要的意義。

有鑒於此，確有必要提供一種測量結果準確的電子束檢測裝置以及檢測方法。

一種電子束檢測裝置，包括：一法拉第杯，有該法拉第杯具一開口；一多孔碳材料層，該多孔碳材料層為一多孔碳材料線狀結構或一多孔碳材料條狀結構，該多孔碳材料層設置在所述法拉第杯的表面且在所述開口處懸空設置，該多孔碳材料層懸空的長度大於等於待測電子束的最大直徑，該多孔碳材料線狀結構的直徑以及該多孔碳材料條狀結構的寬度均小於待測電子束橫截面的最小直徑，該多孔碳材料層由複數個碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙；以及一電錶，該電錶與所述多孔碳材料層電連接。

一種電子束檢測方法，包括以下步驟：步驟S1，提供上述電子束檢測裝置；步驟S2，使待測電子束相對於多孔碳材料層移動，待測電子束整體的橫截面經過多孔碳材料層的懸空部分，進而實現待測電子束對多孔碳材料層的掃描，並在移動的過程中，記錄待測電子束或多孔碳材料層移動的距離及電錶中的電信號值，得到一第一曲線，通過分析該第一曲線得到待測電子束的第一直徑；以及步驟S3，使所述待測電子束或多孔碳材料層旋轉一定的角度，使所述待測電子束相對於多孔碳材料層移動，待測電子束整體的橫截面經過多孔碳材料層的懸空部分，進而實現待測電子束對多孔碳材料層的掃描，並在移動的過程中，記錄待測電子束或多孔碳材料層移動的距離及電錶中的電信號值，得到一第二曲線，通過分析該第二曲線得到待測電子束的第二直徑。

相較於先前技術，本發明所提供的電子束檢測裝置採用懸空設置在法拉第杯上的一多孔碳材料層，該多孔碳材料層包括複數個碳材料顆粒，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，待測電子束中的電子會在多孔碳材料層中的複數個碳材料顆粒之間的間隙間進行多次折射、反射，而不能從多孔碳材料層中發射出去，所述多孔碳材料層對電子的吸收率能夠達到97%以上，幾乎可以達到100%，可以看成是電子的絕對黑體。因此，在檢測時，電子束經過多孔碳材料層的懸空部位，電子束與多孔碳材料層相交時，電子束的電子全部被多孔碳材料層吸收，不會在多孔碳材料層的邊緣發生各種散射，降低檢測準確率。因此，本發明的提供的電子束檢測裝置及檢測方法的測量結果準確較高。

下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的電子束檢測裝置以及檢測方法進行詳細說明。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種電子束檢測裝置10。該電子束檢測裝置10包括一基板102，一多孔碳材料層103，一法拉第杯104，以及一電錶105。所述電錶105的一個接線柱與所述多孔碳材料層103電連接，另一個接線柱接地。

所述基板102具有一通孔1021。該多孔碳材料層103設置在所述基板102的表面且在該通孔1031處懸空設置，所述多孔碳材料層103的懸空部分的長度大於等於待測電子束的最大直徑。所述法拉第杯104具有一開口1041，所述法拉第杯104設置於所述基板102的下方，所述開口1041與所述通孔1021貫通設置。所述法拉第杯104用於收集穿過所述通孔1031且沒有被懸空設置的多孔碳材料層103吸收的電子，進而避免沒有被懸空設置的多孔碳材料層103吸收的電子被反射產生二次電子再次被懸空設置的多孔碳材料層103吸收，影響電子束檢測的精確度。

所述基板102優選為一平整結構。該基板102的材料為絕緣材料。例如，玻璃、塑膠、矽片、二氧化矽片、石英片、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、矽、形成有氧化層的矽、石英等。所述基板102的形狀和尺寸根據實際需要進行設計。本實施例中，所述基板102為一長方體的矽基板。

可以理解，所述基板102是一個可選擇元件，並不是必需的。例如，在某實施例中，所述電子束檢測裝置10中不包括所述基板102，所述多孔碳材料層103直接設置在法拉第杯104的上表面，且多孔碳材料層103通過法拉第杯105的開口1051懸空設置。

所述多孔碳材料層103為一多孔碳材料線狀結構或一多孔碳材料條狀結構。當所述多孔碳材料層103為多孔碳材料線狀結構時，所述多孔碳材料線狀結構的直徑小於待測電子束橫截面的最小直徑。優選的，所述奈米碳管線狀結構103的直徑範圍為小於等於20微米。當所述多孔碳材料層103為多孔碳材料條狀結構時，該多孔碳材料條狀結構的寬度小於待測電子束橫截面的最小直徑。所述多孔碳材料線狀結構的直徑或多孔碳材料條狀結構的寬度遠小於待測電子束的橫截面的直徑，而且多孔碳材料線狀結構的直徑或多孔碳材料條狀結構的寬度越小，檢測的精確度越高。優選的，所述多孔碳材料條狀結構的寬度範圍為小於等於20微米。

所述多孔碳材料層103由複數個碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在微小間隙。該複數個碳材料顆粒之間的間隙優選為奈米級或微米級。所述微米級是指尺寸小於等於1000微米，奈米級是指尺寸小於等於1000奈米。進一步地，所述微米級是指尺寸小於等於100微米，奈米級是指尺寸小於等於100奈米。該間隙的尺寸優選為5微米~50微米。更優選的，該間隙的尺寸為5微米~30微米。該多孔碳材料層103為一自支撐結構。所謂“自支撐”即該多孔碳材料層103無需通過設置於一基體表面，也能保持自身特定的形狀。

所述多孔碳材料層103中的複數個碳材料顆粒之間存在微小間隙，電子束進入到該多孔碳材料層103之後，會在多孔碳材料層103中的複數個碳材料顆粒之間的微小間隙間進行多次折射、反射，而不能從多孔碳材料層103中發射出去。所述多孔碳材料層103對電子的吸收率達到99.99%以上，幾乎可以達到100%。也就是說，該多孔碳材料層103可以看成是電子的絕對黑體。當電子束經過多孔碳材料層103中的懸空部位，電子束與多孔碳材料層103的懸空部分相交時，電子束的電子全部被多孔碳材料層103中吸收，不會在多孔碳材料層103中的邊緣發生各種散射，降低檢測準確率。

所述碳材料顆粒包括線狀顆粒和球狀顆粒的一種或兩種。所述線狀顆粒的橫截面的最大直徑小於等於1000微米。所述線狀顆粒可以為碳纖維、碳微米線、奈米碳管等。所述球狀顆粒的最大直徑小於等於1000微米。所述球狀顆粒可以為碳奈米球或者碳微米球等。。優選的，所述碳材料顆粒為奈米碳管，所述多孔碳材料層103為一奈米碳管線狀結構或奈米碳管條狀結構。該奈米碳管線狀結構或奈米碳管條狀結構優選為純奈米碳管結構，是指該奈米碳管線狀結構或奈米碳管條狀結構僅包括奈米碳管，不含有其它雜質，而且奈米碳管也為純奈米碳管。本實施例中，所述多孔碳材料層103為一奈米碳管線狀結構。

所述奈米碳管線狀結構可以包括一條或多條奈米碳管線。當包括多條奈米碳管線時，該多條奈米碳管線可以纏繞、層疊或共平面並列設置。所述奈米碳管線可以為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。

請參閱圖2，所述非扭轉的奈米碳管線包括複數個沿該非扭轉的奈米碳管線長度方向排列的奈米碳管。非扭轉的奈米碳管線可通過將奈米碳管拉膜通過有機溶劑處理得到。所謂奈米碳管拉膜即為從奈米碳管陣列中直接拉取獲得的一種具有自支撐性的奈米碳管膜。具體地，該奈米碳管拉膜包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。具體地，可將有機溶劑浸潤所述奈米碳管拉膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管拉膜中的相互平行的複數個奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管拉膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通過有機溶劑處理的非扭轉奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，粘性降低。

請參閱圖3，所述扭轉的奈米碳管線由複數個奈米碳管基本平行排列並沿該扭轉的奈米碳管線的軸向旋轉加撚構成。所述扭轉的奈米碳管線可以通過將所述非扭轉的奈米碳管線的兩端相對回轉形成。在將所述非扭轉的奈米碳管線的兩端相對回轉的過程中，該非扭轉的奈米碳管線中的奈米碳管會沿奈米碳管線的軸向方向螺旋狀排列，且在延伸方向通過凡得瓦力首尾相連，進而形成所述扭轉的奈米碳管線。所述奈米碳管單紗為S撚或Z撚。另外，在將所述非扭轉的奈米碳管線的兩端相對回轉的過程中，所述非扭轉的奈米碳管線中沿徑向方向相鄰的奈米碳管之間的間距會變小，接觸面積增大，從而使所述扭轉的奈米碳管線中沿徑向方向相鄰的奈米碳管之間的凡得瓦力顯著增加，並緊密相連。

所述電錶104用於對多孔碳材料層103中產生的電荷進行測試並進行數值轉換形成一電信號。所述電錶104可以為電流錶或電壓表等。本實施例中，所述電錶104為一電流錶，用於測試所述多孔碳材料層103中的電荷產生的電流值。

所述電子束檢測裝置10在使用時，所述基板102，多孔碳材料層103，以及法拉第杯104設置於一真空腔室內，該真空腔室具有一入口，待測電子束通過該入口進入到真空腔室內。通過待測電子束相對於多孔碳材料層103移動實現待測電子束對多孔碳材料層103的懸空部分進行掃描，該相對移動可以通過移動待測電子束實現，也可以通過移動多孔碳材料層103實現。本實施例中，通過移動待測電子束，使得待測電子束對多孔碳材料層103的懸空部分進行掃描。優選的，所述待測電子束的移動方向與多孔碳材料層103的長度方向垂直。在待測電子束相對於多孔碳材料層103相對移動的過程中，打到多孔碳材料層103上的電子束的大小是變化的，因此，多孔碳材料層103產生的電荷量也是變化的，根據電錶104中的電信號隨著待測電子束移動距離的變化曲線就可以得到待測電子束的一個直徑。通過待測電子束沿複數個不同直徑方向垂直於所述多孔碳材料層103的長度方向移動，進而可以得到待測電子束的複數個直徑，取該複數個直徑的平均值，即可得到待測電子束的尺寸。本實施例中，分別測試水準方向和垂直方向的兩個直徑。優選的，待測電子束相對於多孔碳材料層103移動時，待測電子束打到多孔碳材料層103的懸空部分，沒有電子束打到與基底102直接接觸的多孔碳材料層103的兩端。

當待測電子束沿一個直徑方向垂直於所述多孔碳材料層103的長度方向移動之後，可以通過旋轉待測電子束或旋轉所述多孔碳材料層103實現待測電子束沿另一個直徑方向垂直於所述多孔碳材料層103的長度方向移動。也就是說，通過旋轉待測電子束或旋轉所述多孔碳材料層103實現待測電子束沿複數個直徑方向垂直於所述多孔碳材料層103的長度方向移動。本實施例中，所述多孔碳材料層103設置於所述基底102上，通過旋轉基底102，進而改變多孔碳材料層103的方向。請參閱圖4，為本實施例中採用所述電子束測試裝置10測試電子束時的掃描電鏡照片，其中，圖4a為保持待測電子束的第一直徑與奈米碳管線狀結構長度方向平行的情況下，沿垂直於奈米碳管線狀結構的長度方向移動待測電子束時的電鏡照片；然後將奈米碳管線狀結構的旋轉90度，圖4b為保持待測電子束的第二直徑與奈米碳管線狀結構的長度方向平行的情況下，沿垂直於奈米碳管線狀結構的長度方向移動待測電子束時的電鏡照片。

請參閱圖5，在待測電子束相對於所述奈米碳管線狀結構運動的過程中，一開始待測電子束沒有打到懸空的奈米碳管線狀結構上，此時，奈米碳管線狀結構中沒有電荷產生，電錶104中測得的電信號基本為零；待測電子束繼續移動，會有少量的電子束打到該懸空的奈米碳管線狀結構上，此時，奈米碳管線狀結構中有少量電荷產生，而且隨著移動的進行，打到懸空的奈米碳管線狀結構上的電子束增加，奈米碳管線狀結構中產生的電荷增加，直到待測電子束在與移動方向的垂直方向上的最大直徑與懸空的奈米碳管線狀結構重合時，奈米碳管線狀結構中產生的電荷達到最大，此時，電錶104中測得的電信號值也最大；繼續移動，奈米碳管線狀結構中產生的電荷逐漸變小，電錶104中測得的電信號值也逐漸變小。因此，電流值由零開始增加的點到電流值再次降零時的點的距離，就是待測電子束的一個直徑的長度。

請參閱圖6，為本實施例中採用所述電子束測試裝置10測試一電子束時，所述電流錶測得到電流強度隨待測電子束的移動距離的變化曲線。由圖中可以看出，該電子束在兩個方向上的直徑基本相同，均為420微米左右。由圖中還可以看出，採用所述電子束測試裝置10測得到電流強度隨待測電子束的移動距離的變化曲線與電流強度隨待測電子束的移動距離變化的標準曲線基本吻合，進而說明所述電子束測試裝置10的檢測準確率較高。

本發明提供的電子束測試裝置10中的多孔碳材料層包括複數個碳材料顆粒，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，待測電子束中的電子會在多孔碳材料層中的複數個碳材料顆粒之間的間隙間進行多次折射、反射，而不能從多孔碳材料層中發射出去，此時，所述多孔碳材料層對電子的吸收率能夠達到99.99%以上，幾乎可以達到100%，可以看成是電子的絕對黑體。當有待測電子束照射到所述多孔碳材料層的懸空部分上時，照射到所述多孔碳材料層上的電子基本上全部被多孔碳材料層收集，不會在多孔碳材料層的邊緣發生各種散射，降低檢測準確率。因此，該方法測得到所述待測電子束的複數個直徑比較準確，進而使得所述電子束檢測裝置的精確度較高。所述法拉第杯用於收集穿過所述通孔且沒有與懸空設置的多孔碳材料層交叉的電子束中的電子，進而可以避免沒有被懸空設置的奈米碳管線狀結構收集的電子被反射產生二次電子再次被懸空設置的多孔碳材料層收集，影響電子束檢測的精確度。而且，本發明所提供的電子束檢測裝置採用一多孔碳材料層，通過待測電子束與多孔碳材料層相對運動就可以得到電子束的尺寸，電子束檢測裝置的結構非常簡單。

請參閱圖7，本發明第二實施例提供一種電子束檢測裝置20。該電子束檢測裝置20與第一實施例的電子束檢測裝置10基本相同，其區別僅在於，本實施例中的多孔碳材料層203為一奈米碳管條狀結構。也就是說本實施例中採用一奈米碳管條狀結構替代第一實施例中的奈米碳管線狀結構。

所述奈米碳管條狀結構可以包括一條狀的多孔碳奈米膜或複數個條狀的奈米碳管膜層疊設置，只要保證條狀的奈米碳管膜的寬度小於待測電子束橫截面的最小直徑即可。所述條狀的奈米碳管膜可為一奈米碳管拉膜，一奈米碳管絮化膜，或一奈米碳管碾壓膜。所述奈米碳管條狀結構也可以包括一條狀的奈米碳管紙或複數個條狀奈米碳管紙層疊設置，只要保證條狀的奈米碳管膜的寬度小於待測電子束橫截面的最小直徑即可。所述奈米碳管條狀結構203的寬度遠小於待測電子束的直徑，而且奈米碳管條狀結構的寬度越小，檢測的精確度越高。優選的，所述奈米碳管條狀結構的寬度範圍為小於等於20微米。所述奈米碳管條狀結構的懸空部分的長度大於等於待測電子束的最大直徑。所述奈米碳管條狀結構還可以為一奈米碳管網路結構，或者一奈米碳管陣列，只要保證奈米碳管網路結構或奈米碳管陣列的寬度小於小於待測電子束橫截面的最小直徑即可。本實施例中，所述奈米碳管條狀結構由複數個層疊設置的奈米碳管拉膜組成。

所述奈米碳管拉膜包括複數個基本相互平行且基本平行於奈米碳管拉膜表面排列的奈米碳管。具體地，所述奈米碳管拉膜包括複數個所述奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且基本沿同一方向擇優取向排列。所述奈米碳管拉膜可通過從奈米碳管陣列中直接拉取獲得，為一自支撐結構。由於該自支撐結構的奈米碳管拉膜中大量奈米碳管通過凡得瓦力相互吸引，從而使奈米碳管拉膜具有特定的形狀，形成一自支撐結構。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.5奈米~100微米，寬度與拉取該奈米碳管拉膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。所述奈米碳管拉膜的結構及其製備方法請參見范守善等人申請，於2011年8月01日公告的台灣專利TWI346086。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。所述奈米碳管拉膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。某一實施例中，所述奈米碳管膜狀結構由多層奈米碳管拉膜層疊且交叉形成，相鄰的奈米碳管拉膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，且該交叉角度α大於0度且小於等於90度，所述複數個奈米碳管拉膜中的奈米碳管相互交織形成一網狀的膜結構。

所述奈米碳管絮化膜包括複數個相互纏繞且均勻分佈的奈米碳管。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構，以形成一自支撐的奈米碳管絮化膜。所述奈米碳管絮化膜各向同性。該奈米碳管絮化膜可通過對一奈米碳管陣列絮化處理而獲得。所述奈米碳管絮化膜的結構及製備方法請參見范守善等人於2007年5月11日申請，並於2011年06月1日公告的台灣專利TWI342864。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管碾壓膜包括複數個奈米碳管無序排列、沿一個方向擇優取向排列或沿複數個方向擇優取向排列，相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力結合。該奈米碳管碾壓膜可以採用一平面壓頭沿垂直於上述奈米碳管陣列生長的基底的方向擠壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管無序排列，該奈米碳管碾壓膜各向同性；所述奈米碳管碾壓膜也可以採用一滾軸狀壓頭沿某一固定方向碾壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管在所述固定方向擇優取向；所述奈米碳管碾壓膜還可以採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管沿不同方向擇優取向。所述奈米碳管碾壓膜的結構及製備方法請參見范守善等人於2007年6月29日申請，於2010年12月21日公告的台灣專利TWI334851。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管紙包括複數個基本沿同一方向延伸排列的奈米碳管，且該複數個奈米碳管在其延伸方向通過凡得瓦力首尾相連，且所述複數個奈米碳管基本平行於該奈米碳管紙的表面設置。所述奈米碳管紙的結構及製備方法請參見范守善等人於2011年12月26日申請，於2015年7月11日公告的台灣專利TWI491561。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管陣列優選為超順排奈米碳管陣列，該超順排奈米碳管陣列中奈米碳管的延伸方向基本相同。該超順排奈米碳管陣列中的奈米碳管彼此通過凡得瓦力緊密接觸形成陣列。該超順排奈米碳管陣列的尺寸、厚度及表面的面積不限，根據實際需要進行限定。所述超順排奈米碳管陣列的製備方法已為眾多前案公開，例如可參閱馮辰等人在2010年7月11日公告的台灣專利TWI327177。當然，所述奈米碳管陣列並不限定於所述超順排奈米碳管陣列，也可以為其它奈米碳管陣列。

由於電子束的能量越高，其在奈米碳管條狀結構中的穿透深度越深，反之，穿透深度越淺。對於能量小於等於20 keV的電子束，優選的，所述奈米碳管條狀結構的厚度範圍為200微米到600微米，在該厚度範圍內，電子束即不容易穿透奈米碳管條狀結構，也不容易從奈米碳管條狀結構中反射出去，在該範圍內奈米碳管條狀結構對電子的吸收率比較高。更優選的，所述奈米碳管條狀結構的厚度為300-500微米。更優選的，所述奈米碳管條狀結構的厚度範圍為250-400微米。

本實施例除了採用奈米碳管條狀結構替代第一實施例中的奈米碳管線狀結構之外，其它技術特徵均與第一實施例相同，為節省篇幅，在此不再贅述。

可以理解所述多孔奈米材料條狀結構並不限定於本實施例中的奈米碳管條狀結構，也可以為碳纖維、碳奈米球或其碳奈米線形成的自支撐的多孔奈米材料條狀結構。

請參閱圖8，本發明第二實施例還提供採用上述電子束檢測裝置10的檢測電子束的方法，該檢測方法具體包括一下步驟：步驟S1，提供所述電子束檢測裝置10或20；步驟S2，使待測電子束相對於多孔碳材料層103或203移動，待測電子束整體的橫截面經過多孔碳材料層103或203的懸空部分，進而實現待測電子束對多孔碳材料層103或203的懸空部分的掃描，並在移動的過程中，記錄待測電子束或多孔碳材料層103或203移動的距離及電錶中的電信號值，得到一第一曲線，通過分析該第一曲線得到待測電子束的第一直徑；以及步驟S3，使所述待測電子束或多孔碳材料層103或203旋轉一定的角度，使所述待測電子束相對於多孔碳材料層103或203移動，待測電子束整體的橫截面經過多孔碳材料層103或203的懸空部分，進而實現待測電子束對多孔碳材料層103或203的懸空部分的掃描，並在移動的過程中，記錄待測電子束或多孔碳材料層103或203移動的距離及電錶中的電信號值，得到一第二曲線，通過分析該第二曲線得到待測電子束的第二直徑。

步驟S1，所述電子束檢測裝置10為第一實施例中的電子束檢測裝置10，其包括第一實施例中電子束檢測裝置10的所有技術特徵，所述所述電子束檢測裝置20為第二實施例中的電子束檢測裝置20，其包括第二實施例中電子束檢測裝置20的所有技術特徵，在此不再贅述。

步驟S2中，所述待測電子束相對於多孔碳材料層103或203優選在垂直於所述多孔碳材料層的長度方向上移動。優選的，待測電子束相對於多孔碳材料層103或203移動時，待測電子束打到多孔碳材料層103或203的懸空部分，沒有電子束打到與基底102直接接觸的多孔碳材料層103的兩端。

根據待測電子束或多孔碳材料層103或203移動的距離及電錶中的電信號值得到一待測電子束或多孔碳材料層移動的距離與電信號值的變化曲線，變化曲線中電信號值由零開始增加的點到電流值再次降零時的點的距離，就是待測電子束的第一直徑的長度。

步驟S3中，所述待測電子束或多孔碳材料層旋轉的角度大於0度小於180度。本實施例中，將多孔碳材料層進行旋轉，旋轉角度為90度。由於所述多孔碳材料層103或203設置於所述基底102上，可以通過旋轉基底102，進而改變多孔碳材料層103或203的方向。

使所述待測電子束或奈米碳管線狀結構旋轉一定的角度之後，所述待測電子束相對於多孔碳材料層優選在垂直於所述多孔碳材料層的長度方向上移動。優選的，待測電子束相對於多孔碳材料層103或203移動時，待測電子束打到多孔碳材料層103或203的懸空部分，沒有電子束打到與基底102直接接觸的多孔碳材料層103或203的兩端。

所述待測電子束或奈米碳管線狀結構旋轉一定的角度之後，根據待測電子束或多孔碳材料層移動的距離及電錶中的電信號值得到待測電子束或多孔碳材料層移動的距離與電信號值的變化曲線，變化曲線中電信號值由零開始增加的點到電流值再次降零時的點的距離，就是待測電子束的第二直徑的長度。

所述電子束的檢測方法在檢測時，將電子束檢測裝置10中的多孔碳材料層103，基板102以及法拉第杯104放置於一真空腔室內，待測電子束打到真空腔室內進行檢測。

可以理解，在某些實施例中，為了增加電子束檢測方法的精確度，在步驟S3之後進一步包括多次重複步驟S3，進而得到所述待測電子束的複數個直徑。

本發明所提供的電子束檢測裝置採用一多孔碳材料層，通過待測電子束與多孔碳材料層相對運動就可以得到電子束的尺寸，電子束檢測方法非常簡單。本發明所提供的電子束檢測方法，可以通過待測電子束與多孔碳材料層進行多次相對運動得到待測電子束的多條直徑，進而得到待測電子束的尺寸，因此，精確度比較高。而且，多孔碳材料層包括複數個碳材料顆粒，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙，待測電子束中的電子會在多孔碳材料層中的複數個碳材料顆粒之間的間隙間進行多次折射、反射，而不能從多孔碳材料層中發射出去，此時，所述多孔碳材料層對電子的吸收率能夠達到99.99%以上，幾乎可以達到100%，可以看成是電子的絕對黑體。當有待測電子束照射到所述多孔碳材料層上時，照射到所述多孔碳材料層上的電子基本上全部被奈米碳管線狀結構吸收，不會在奈米碳管線狀結構的邊緣發生各種散射，降低檢測準確率。因此，該方法測得到所述待測電子束的複數個直徑比較準確，進而使得所述電子束檢測裝置的精確度較高。而且，在檢測過程中，所述法拉第杯可以收集穿過所述通孔且沒有與懸空設置的多孔碳材料層交叉的電子束中的電子，進而可以避免沒有被懸空設置的多孔碳材料層收集的電子被反射產生二次電子再次被懸空設置的多孔碳材料層收集，進而提高電子束檢測方法的精確度。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10, 20:電子束檢測裝置 102:基板 1021:通孔 103, 203:多孔碳材料層 104:法拉第杯 1041:開口 105:電錶

圖1為本發明第一實施例提供的電子束檢測裝置的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的非扭轉的奈米碳管線的掃描電子顯微鏡照片。

圖3為本發明第一實施例提供的扭轉的奈米碳管線的掃描電子顯微鏡照片。

圖4為本發明採用圖1所述的電子束測試裝置測試電子束時的掃描電鏡照片。

圖5為本發明採用圖1所述的電子束測試裝置測試電子束時待測電子束相對於所述奈米碳管線狀結構運動過程的俯視示意圖。

圖6為採用圖1所述的電子束測試裝置測試一電子束時，電錶測得到電流強度隨待測電子束的移動距離的變化曲線。

圖7為本發明第二實施例提供的電子束檢測裝置的結構示意圖。

圖8為本發明第二實施例提供的電子束檢測方法的流程圖。

無

10:電子束檢測裝置

102:基板

1021:通孔

103:多孔碳材料層

104:法拉第杯

1041:開口

105:電錶

Claims

一種電子束檢測裝置，包括：一法拉第杯，該法拉第杯具有一開口；一多孔碳材料層，該多孔碳材料層為一多孔碳材料線狀結構或一多孔碳材料條狀結構，該多孔碳材料層設置在所述法拉第杯的表面且在所述開口處懸空設置，該多孔碳材料層懸空的長度大於等於待測電子束的最大直徑，該多孔碳材料線狀結構的直徑以及該多孔碳材料條狀結構的寬度均小於待測電子束橫截面的最小直徑，該多孔碳材料層由複數個碳材料顆粒組成，該複數個碳材料顆粒之間存在奈米級或微米級的間隙；以及一電錶，該電錶與所述多孔碳材料層電連接。
如請求項1所述之電子束檢測裝置，其中，所述碳材料顆粒為奈米碳管、碳纖維、碳奈米線、碳微米球或碳奈米球中的一種或多種。
如請求項1所述之電子束檢測裝置，其中，所述多孔碳材料線狀結構為一奈米碳管線狀結構，該奈米碳管線狀結構包括一條或多條奈米碳管線，該奈米碳管線為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。
如請求項1所述之電子束檢測裝置，其中，所述多孔碳材料條狀結構為奈米碳管條狀結構，該奈米碳管條狀結構包括一條狀的奈米碳管膜或複數個條狀的奈米碳管膜層疊設置；一條狀的奈米碳管紙或複數個條狀的奈米碳管紙層疊設置；一奈米碳管網路結構；或者一奈米碳管陣列。
如請求項1所述之電子束檢測裝置，其中，所述多孔碳材料線狀結構的直徑小於等於20微米。
如請求項1所述之電子束檢測裝置，其中，所述電子束檢測裝置進一步包括一基板，該基板具有一通孔，該基板設置在法拉第杯和多孔碳材料層之間，且所述通孔與法拉第杯的開口貫通，所述多孔碳材料層設置在基板的表面，且在基板的通孔處懸空設置。
一種電子束檢測方法，包括以下步驟：步驟S1，提供如請求項1～7中任一項的電子束檢測裝置；步驟S2，使待測電子束相對於多孔碳材料層移動，待測電子束整體的橫截面經過多孔碳材料層的懸空部分，進而實現待測電子束對多孔碳材料層的懸空部分掃描，並在移動的過程中，記錄待測電子束或多孔碳材料層移動的距離及電錶中的電信號值，得到一第一曲線，通過分析該第一曲線得到待測電子束的第一直徑；以及步驟S3，使所述待測電子束或多孔碳材料層旋轉一定的角度，使所述待測電子束相對於多孔碳材料層移動，待測電子束整體的橫截面經過多孔碳材料層的懸空部分，進而實現待測電子束對多孔碳材料層的懸空部分掃描，並在移動的過程中，記錄待測電子束或多孔碳材料層移動的距離及電錶中的電信號值，得到一第二曲線，通過分析該第二曲線得到待測電子束的第二直徑。
如請求項7所述之電子束檢測方法，其中，步驟S3之後進一步包括多次重複步驟S3，得到所述待測電子束的複數個直徑。
如請求項7所述之電子束檢測方法，其中，步驟S2中，根據待測電子束或多孔碳材料層移動的距離及電錶中的電信號值得到一待測電子束或多孔碳材料層移動的距離與電信號值的變化曲線，變化曲線中電信號值由零開始增加的點到電流值再次降零時的點的距離，就是待測電子束的第一直徑的長度。
如請求項7所述之電子束檢測方法，其中，步驟S2和S3中，所述待測電子束相對於多孔碳材料層的長度方向垂直移動。