一種聚焦離子槍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)研究用儀器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種聚焦離子槍。
【背景技術(shù)】
[0002]材料科學(xué)的發(fā)展離不開先進(jìn)的材料樣品制備與分析手段，離子減薄儀就是一種利用高能量離子束流對材料表面進(jìn)行力學(xué)沖擊，將固體樣品減薄到2000埃的厚度，供在透射電子顯微鏡(TEM)下觀察材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)及材料的成分，從而研究開發(fā)新型材料。
[0003]離子槍是離子減薄儀的關(guān)鍵部件，離子槍的聚焦能力好壞是決定離子減薄儀性能的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)離子槍的結(jié)構(gòu)一般由正負(fù)兩個(gè)電極組成，在兩電極之間加SkV?1kV甚至更高的電場。電場電壓越高，離子束速度越高，對樣品的減薄能力越強(qiáng)，但是，電場電壓超過SkV時(shí)，離子減薄樣品時(shí)樣品的溫度將容易升高，導(dǎo)致材料發(fā)生相變而影響對材料觀察與分析。另外一半氬氣Ar的電離電壓在0-4kV之間，當(dāng)電壓查過4kV時(shí)由于電離電壓過高導(dǎo)致電離能量過大，容易產(chǎn)生不穩(wěn)地的放電現(xiàn)象，同時(shí)由于氬氣源中會混有少量雜質(zhì)，在高電壓下更易發(fā)生放電現(xiàn)象，導(dǎo)致無法產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種聚焦離子槍，其目的是在保證離子減薄速率的條件下，能夠降低陰、陽極間的電壓，使樣品的溫度升高較小，保證在離子減薄過程中樣品內(nèi)部不發(fā)生相變。
[0005]本發(fā)明提供了一種聚焦離子槍，包括第一陰極，凹孔形陽極和第二陰極；所述第一陰極與所述凹孔形陽極之間的電壓為0_2kV，使氬氣電離成為Ar+，較低的激發(fā)電壓能防止放電現(xiàn)象。所述凹孔形陽極與所述第二陰極之間的電壓為0_6kV，在該電場作用下將已經(jīng)電離的Ar+加速達(dá)到預(yù)定能量和速度轟擊樣品。
[0006]更進(jìn)一步地，所述第一陰極、所述凹孔形陽極或所述第二陰極的材料為導(dǎo)電性能好的金屬材料，有利于形成均勻的電場，從而提供穩(wěn)定的離子束流。
[0007]更進(jìn)一步地，所述第一陰極的一端具有曲率半徑為3mm?20mm的弧面，所述第一陰極的另一端設(shè)置有用于供Ar氣進(jìn)入的孔。
[0008]更進(jìn)一步地，所述凹孔形陽極的一端具有錐形面，所述凹孔形陽極的另一端的中心設(shè)置有孔以便電離的Ar+離子通過小孔進(jìn)入加速電場。
[0009]更進(jìn)一步地，設(shè)置在所述凹孔形陽極的另一端中心的所述孔的孔徑為Imm?2mm。
[0010]更進(jìn)一步地，所述第二陰極為錐形電極，所述錐形電極的錐形角度為25?85°，使Ar+離子聚焦。
[0011]更進(jìn)一步地，在所述第一陰極與所述凹孔形陽極之間和所述凹孔形陽極與所述第二陰極之間均設(shè)置有絕緣材料隔開，防止電極間放電。
[0012]本發(fā)明提供的聚焦離子槍在保證離子減薄速率的條件下，能夠降低陰陽極間的電壓，使樣品的溫度升高較小，可以保證在離子減薄過程中樣品內(nèi)部沒有發(fā)生相變；可以在相對較低(<6kV)的電場電壓下獲得具有高聚焦性能的離子束流，一方面可以提高減薄固體樣品的速度，同時(shí)盡可能地降低樣品的溫度升高。
【附圖說明】
[0013]圖1為是本發(fā)明提供的聚焦離子槍的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為采用圖1所示離子槍結(jié)構(gòu)所制備離子槍，第一陰極與凹孔形陽極之間電壓為1.5kV時(shí)，金屬銅樣品在離子減薄條件下，金屬樣品溫度隨凹孔形陽極和第二陰極之間電壓大小的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明提供的聚焦離子槍主要應(yīng)用于離子減薄儀中，圖1示出了本發(fā)明提供的聚焦離子槍的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下:
[0017]本發(fā)明提供了一種聚焦離子槍結(jié)構(gòu)，該離子槍是用與固體材料離子減薄儀的離子槍。包括一個(gè)第一陰極1，一個(gè)凹孔形陽極2，一個(gè)離子束流加速聚焦的第二陰極3。第一陰極I與凹孔形陽極2之間的電壓控制在0_2kV之間，凹孔形陽極2與第二陰極3之間的電壓為0-6kV之間。其中第一陰極I的一端有一小孔供氬氣進(jìn)入到第一陰極I與凹孔形陽極2之間，在電場作用下氬氣被離子化形成陽離子Ar+，并進(jìn)入凹孔形陽極2與第二陰極3之間。凹孔形陽極2的中心有一孔徑為Imm?2mm的孔，一面由絕緣層覆蓋，另一面為凹孔金屬面，經(jīng)過初步離子化的氬氣離子進(jìn)入凹孔形陽極區(qū)時(shí)，在凹孔形陽極2與第二陰極3的高壓電場作用下，Ar+被加速并形成基本平行的離子束，沖出離子槍而對樣品進(jìn)行減薄。
[0018]本發(fā)明做制作的離子槍具有聚焦性能好，在對固體樣品進(jìn)行減薄時(shí)，樣品的溫度上升溫度小。
[0019]本發(fā)明提供的聚焦離子槍可以在相對較低(<6kV)的電場電壓下獲得具有高聚焦性能的離子束流，一方面可以提高減薄固體樣品的速度，同時(shí)盡可能低降低樣品的溫度升尚O
[0020]圖2示出了采用圖1所示離子槍結(jié)構(gòu)所制備離子槍，第一陰極I與凹孔形陽極2之間電壓為1.5kV時(shí)，金屬銅樣品在離子減薄條件下，金屬樣品溫度隨凹孔形陽極2和第二陰極3之間電壓大小的關(guān)系圖；從圖2可以看出陽極2和第二陰極3之間電壓越大樣品的溫度越高，說明高電壓使Ar+束流獲得更多能量，從而加快減薄速率同時(shí)樣品受到的離子轟擊更強(qiáng)烈使得樣品的溫度升高。
[0021]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚焦離子槍，其特征在于，包括第一陰極(I)，凹孔形陽極(2)和第二陰極(3);所述第一陰極(I)與所述凹孔形陽極(2)之間的電壓為0-2kV，所述凹孔形陽極(2)與所述第二陰極(3)之間的電壓為0-6kV。2.如權(quán)利要求1所述的聚焦離子槍，其特征在于，所述第一陰極(I)、所述凹孔形陽極(2)或所述第二陰極(3)的材料為導(dǎo)電性能好的金屬材料。3.如權(quán)利要求2所述的聚焦離子槍，其特征在于，所述第一陰極(I)的一端具有曲率半徑為3mm?20mm的弧面，所述第一陰極(I)的另一端設(shè)置有用于供Ar氣進(jìn)入的孔。4.如權(quán)利要求2所述的聚焦離子槍，其特征在于，所述凹孔形陽極(2)的一端具有錐形面，所述凹孔形陽極(2)的另一端的中心設(shè)置有孔。5.如權(quán)利要求4所述的聚焦離子槍，其特征在于，設(shè)置在所述凹孔形陽極的另一端中心的所述孔的孔徑為Imm?2mm。6.如權(quán)利要求2所述的聚焦離子槍，其特征在于，所述第二陰極(3)為錐形電極，所述錐形電極的錐形角度為45°。7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的聚焦離子槍，其特征在于，在所述第一陰極(I)與所述凹孔形陽極⑵之間和所述凹孔形陽極⑵與所述第二陰極⑶之間均設(shè)置有絕緣材料隔開。8.一種離子減薄儀，其特征在于，包括權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的聚焦離子槍。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離子槍結(jié)構(gòu)用于離子減薄儀對固體材料進(jìn)行減薄。它包括第一陰極，凹孔形陽極和第二陰極；第一陰極與凹孔形陽極之間的電壓控制在0-2kV之間，凹孔形陽極與第二陰極之間的電壓為0-6kV之間。第一陰極一端有一小孔供氬氣進(jìn)入到第一陰極與凹孔形陽極之間，在電場作用下氬氣被離子化形成陽離子Ar+，并進(jìn)入凹孔陽陽極與第二陰極之間。凹孔形陽極中心有一孔徑為1mm～2mm的孔，一面由絕緣層覆蓋，另一面為凹孔金屬面，經(jīng)過初步離子化的氬氣離子進(jìn)入凹孔形陽極區(qū)時(shí)，在凹孔形陽極與第二陰極間的高壓電場作用下，Ar+被加速并形成基本平行的離子束，沖出離子槍而對樣品進(jìn)行減薄。本發(fā)明的離子槍的聚焦性能好，在對固體樣品進(jìn)行減薄時(shí)，樣品的溫度上升溫度小。
【IPC分類】G01N1/44
【公開號】CN105092358
【申請?zhí)枴緾N201510418275
【發(fā)明人】肖建中, 肖然
【申請人】肖建中, 肖然
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月16日