扫描式氩离子枪的电子光学系统研究

扫描式离子枪是样品表面清洁、表面刻蚀和深度分析的常用部件,加速电压在500V到3kV之间可调,具有效率高、性能可靠等优点。电子光学系统是离子枪的重要组成部分,是决定离子束流品质的重要因素。本文利用计算机模拟软件CST对离子枪整体结构进行建模,研究了离子枪聚焦系统不同结构和电压参数对离子束电流密度和束斑尺寸的影响,同时得到了离子枪偏转系统在不同电压分布下的离子分布情况,通过仿真分析确定了电子光学系统的设计方案,并进行了实验验证。结果表明：工作距离为25mm、氩气工作气压为6×10^-3Pa、加速电压为3kV时,氩离子束的束流大小为3μA;束斑大小在7mm到12mm之间可调;当偏转电压为300V时,偏转角度为4.6°。实验与仿真结果基本对应,同时该离子枪的性能指标可获得表面原子精度构造。     

高性能电子枪的物理设计

为测量电导率较低材料的二次电子发射系数,设计了一种能量在0～2ke V之间可调、束斑直径可调、可偏转、可脉冲的高性能电子枪。根据电子枪的性能指标对其电子发射、电子光学系统和电位关系进行物理设计,通过对控制极施加脉冲电压,实现电子束的脉冲发射。利用CST软件对电子枪建模并进行仿真分析,得到不同聚焦极电压对束斑尺寸的影响。仿真结果表明,在阴极电压为-1000V、控制极为-1005V、第一阳极为-880V时,随着聚焦电压由-400V增加到1000V,束斑直径由0.2mm增加到10mm,两者几乎成正比例关系。通过对比两种偏转组件,得出四极静电偏转器更适合在同一空间内使用,在工作距离为30mm、偏转电压为200V时,偏转灵敏度可达到34mm/k V,对应的偏转角为12.8°。     

真空中的基板加热温度检测

在真空环境中进行原子级别的薄膜生长,基板的表面温度监控是关键技术之一。针对不同尺寸的基板,通过热电偶测试基板近旁的温度和红外测温仪测试基板表面的温度,经过数据拟合获得两种测试方法所得温度的对应关系,基板表面的温度与近旁温度存在偏差,但两者之间存在较好的线性比例关系。     

小型带电粒子发射枪的研发

本文介绍了电子和氩离子两种不同电荷的小型发射枪，根据电子枪的用途，以电荷中和低能量电子枪、脉冲式电子枪和高能量电子枪为例，详细介绍了发射枪的构造、工作原理和粒子轨迹。根据氩离子的产生方式，介绍了冷阴极离子枪、热阴极离子枪和等离子体源。掌握小型带电粒子发射枪的原理和构造，可以针对基础科研、半导体产业、生命科学和国防航天领域的具体应用进行产品开发。