本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電子的絲極組件，和利用絲極組件的裝置例如電子源、離子源，以及有關(guān)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

很多技術(shù)涉及到使用電子源(或電子發(fā)射體)，即，在真空中產(chǎn)生電子流的裝置。電子源可以利用熱陰極(或熱離子陰極)以產(chǎn)生電子。熱陰極的提供形式通常是由耐火材料(例如，鎢)或其它高熔點(diǎn)材料(例如，銥)構(gòu)成的加熱絲極，并且其上可以涂布低功函數(shù)材料(例如，釔氧化物)。絲極末端連接于可在絲極上施加電壓的電壓源。流經(jīng)絲極的所得電流對(duì)抗電阻將絲極加熱至下述點(diǎn)(例如，1800℃)，該點(diǎn)足以使高能電子(在本文有時(shí)稱為“熱離子”)從絲極表面或從任選提供的低功函數(shù)涂層產(chǎn)生熱離子發(fā)射。換言之，電子從絲極或涂層的表面蒸脫(boiloff)。電子源可以包括一個(gè)陽極和一個(gè)或多個(gè)另外的電極(電子光學(xué)件)，對(duì)這些電極進(jìn)行配置，從而將原樣產(chǎn)生的電子聚集和加速為電子束，以及引導(dǎo)所述電子束按照給定應(yīng)用中的要求穿過產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)具有適當(dāng)空間和極性取向的靜電場(chǎng)。

加熱絲極通常作為纏繞成線圈形式的電線起作用。絲極的兩端分別附接(例如，通過焊接)于兩個(gè)柱(例如，不銹鋼)，這兩個(gè)柱由此電耦合于電壓源，從而完成電路。線圈由此在兩個(gè)柱之間懸掛，不然就會(huì)懸空無支撐。對(duì)絲極的強(qiáng)烈加熱會(huì)導(dǎo)致其由于卷成線圈的電線中釋放的熱膨脹和熱應(yīng)力而在無法預(yù)期的方向上移動(dòng)。由于絲極下垂和扭曲，電子束的聚集和導(dǎo)向則會(huì)變差。因此，需要增大流入絲極的電流，以保持向下游過程提供的電子水平恒定。但是，增大電流會(huì)增加絲極中的熱量，進(jìn)一步降低絲極的使用壽命。加熱的另一個(gè)結(jié)果是金屬絲極材料以極低和不均的速率升華，這會(huì)導(dǎo)致沿線圈表面形成缺口。在缺口處會(huì)開始形成熱點(diǎn)，進(jìn)一步加深缺口。形成缺口連同加熱和移動(dòng)導(dǎo)致絲極最終失效，例如在缺口處斷裂。

因此，目前需要可解決上述問題的改進(jìn)的絲極組件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為整體或部分解決上述問題、和/或可能已經(jīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員觀察到的其它問題，本發(fā)明提供了如以下陳述的作為例子的實(shí)施方式所述的方法、工序、系統(tǒng)、設(shè)備、儀器、和/或裝置。

根據(jù)一種實(shí)施方式，絲極組件包括：由電絕緣、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的芯，所述芯具有沿芯軸的芯長(zhǎng)度；和由導(dǎo)電性、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的絲極，所述絲極包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之間的細(xì)長(zhǎng)體，其中所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部設(shè)置在所述芯上。

在一些實(shí)施方式中，所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，將熱離子發(fā)射層設(shè)置在芯上且包封至少所述中部，所述熱離子發(fā)射層的功函數(shù)低于所述絲極的功函數(shù)。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，制造絲極組件的方法包括：提供由電絕緣、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的芯，所述芯具有沿芯軸的芯長(zhǎng)度；提供由導(dǎo)電性、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的絲極，所述絲極包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之間的細(xì)長(zhǎng)體；和將所述絲極附接于所述芯，使得所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部設(shè)置在所述芯上。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，所述方法包括將熱離子發(fā)射層施涂于所述芯，使得所述熱離子發(fā)射層包封至少所述中部，所述熱離子發(fā)射層的功函數(shù)低于所述絲極的功函數(shù)。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，電子源包括：根據(jù)本申請(qǐng)公開的任何實(shí)施方式的絲極組件；和其中放置所述絲極組件的真空室。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，離子源包括：根據(jù)本申請(qǐng)公開的任何實(shí)施方式的絲極組件；電離室；樣品入口，配置其用于引導(dǎo)樣品與電離室中由絲極組件發(fā)射的電子接觸；和離子出口，配置其用于將離子從電離室導(dǎo)出。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，分析儀器包括：包括根據(jù)本申請(qǐng)公開的任何實(shí)施方式的絲極組件的離子源；和與離子出口連通的質(zhì)譜儀。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，使樣品電離的方法包括：將電壓施加于根據(jù)本申請(qǐng)公開的任何實(shí)施方式的絲極組件的絲極第一末端和第二末端，從而產(chǎn)生電子束；和使樣品與電子束接觸。

本發(fā)明包括以下實(shí)施方式：

實(shí)施方式1.一種絲極組件，其包括：

由電絕緣、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的芯，所述芯具有沿芯軸的芯長(zhǎng)度；和

由導(dǎo)電性、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的絲極，所述絲極包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之間的細(xì)長(zhǎng)體，其中所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部設(shè)置在所述芯上。

實(shí)施方式2.實(shí)施方式1的絲極組件，其中所述芯具有的構(gòu)造選自以下：所述芯是實(shí)心的；所述芯是空心的；所述芯是圓柱形的；所述芯由耐火材料構(gòu)成；以及前述中兩種或更多種的組合。

實(shí)施方式3.實(shí)施方式1的絲極組件，其中所述絲極的組成選自以下：銥；耐火金屬；高熔點(diǎn)金屬；鎢；錸；以及前述任何物質(zhì)的合金。

實(shí)施方式4.實(shí)施方式1的絲極組件，其中所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。

實(shí)施方式5.實(shí)施方式4的絲極組件，其中所述高電阻構(gòu)造選自：

將所述中部按螺旋路徑纏繞在所述芯周圍；和

所述中部按蜿蜒路徑沿所述芯延伸。

實(shí)施方式6.實(shí)施方式1的絲極組件，其包括設(shè)置在所述芯上且包封至少所述中部的熱離子發(fā)射層，所述熱離子發(fā)射層的功函數(shù)低于所述絲極的功函數(shù)。

實(shí)施方式7.實(shí)施方式6的絲極組件，其中所述熱離子發(fā)射層具有選自以下的組成：一種熱離子發(fā)射氧化物，或兩種或更多種不同熱離子發(fā)射氧化物的混合物；釔氧化物，或釔氧化物和一種或多種其它熱離子發(fā)射氧化物的混合物；碳的熱離子發(fā)射同素異形體；碳納米管；石墨烯；和兩種或更多種碳同素異形體的復(fù)合材料。

實(shí)施方式8.實(shí)施方式1的絲極組件，其包括其上設(shè)置有所述芯的支撐結(jié)構(gòu)。

實(shí)施方式9.實(shí)施方式8的絲極組件，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括配置用于與電壓源電耦合的第一導(dǎo)電柱和第二導(dǎo)電柱，且所述第一末端和第二末端分別與第一導(dǎo)電柱和第二導(dǎo)電柱電連通。

實(shí)施方式10.制造絲極組件的方法，所述方法包括：

提供由電絕緣、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的芯，所述芯具有沿芯軸的芯長(zhǎng)度；

提供由導(dǎo)電性、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的絲極，所述絲極包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之間的細(xì)長(zhǎng)體；和

將所述絲極附接于所述芯，使得所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部設(shè)置在所述芯上。

實(shí)施方式11.實(shí)施方式10的方法，其中所述芯具有的構(gòu)造選自以下：所述芯是實(shí)心的；所述芯是空心的；所述芯是圓柱形的；所述芯由耐火材料構(gòu)成；以及前述中兩種或更多種的組合。

實(shí)施方式12.實(shí)施方式10的方法，其中所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。

實(shí)施方式13.實(shí)施方式12的方法，其中所述高電阻構(gòu)造選自：

將所述中部按螺旋路徑纏繞在所述芯周圍；和

所述中部按蜿蜒路徑沿所述芯延伸。

實(shí)施方式14.實(shí)施方式10的方法，其包括：將熱離子發(fā)射層施涂于所述芯，使得所述熱離子發(fā)射層包封至少所述中部，所述熱離子發(fā)射層的功函數(shù)低于所述絲極的功函數(shù)。

實(shí)施方式15.實(shí)施方式14的方法，其中所述熱離子發(fā)射層具有選自以下的組成：一種熱離子發(fā)射氧化物，或兩種或更多種不同熱離子發(fā)射氧化物的混合物；釔氧化物，或釔氧化物和一種或多種其它熱離子發(fā)射氧化物的混合物；碳的熱離子發(fā)射同素異形體；碳納米管；石墨烯；和兩種或更多種碳同素異形體的復(fù)合材料。

實(shí)施方式16.實(shí)施方式10的方法，其包括：將所述芯安裝在支撐結(jié)構(gòu)上。

實(shí)施方式17.實(shí)施方式16的方法，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括配置用于與電壓源電耦合的第一導(dǎo)電柱和第二導(dǎo)電柱，且所述方法還包括：使所述第一末端和第二末端分別與第一導(dǎo)電柱和第二導(dǎo)電柱電連通。

實(shí)施方式18.實(shí)施方式10的方法，其包括通過選自以下的工序使至少所述中部形成所述高電阻構(gòu)造：

在所述芯上形成或放置絲極材料層，用光刻膠涂布所述絲極材料層，根據(jù)所述高電阻構(gòu)造將所述光刻膠壓花，和施用蝕刻劑；

在所述芯上形成或放置絲極材料層，將掩模施用于所述絲極材料，根據(jù)所述高電阻構(gòu)造將所述掩模壓花，和施用蝕刻劑；和

將掩模施用于所述芯，根據(jù)所述高電阻構(gòu)造將所述掩模壓花，和使絲極材料沉積通過所述掩模。

實(shí)施方式19.實(shí)施方式10的方法，其中提供芯選自：

用包含芯材料的漿料填滿絲極材料的中空管，通過使所述芯材料凝固形成所述芯，和由所述中空管形成具有所述高電阻構(gòu)造的絲極；和

將所述芯插入絲極材料的中空管，和由所述中空管形成具有所述高電阻構(gòu)造的絲極。

實(shí)施方式20.實(shí)施方式10的方法，其中所述細(xì)長(zhǎng)體的至少中部是線狀物，且提供絲極包括將線狀物安裝到所述芯上。

在考察了以下附圖和具體實(shí)施方式之后，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其它裝置、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見或?qū)⒆兊蔑@而易見。所有這樣另外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)該包含在本申請(qǐng)說明書內(nèi)、落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)、并且由所附權(quán)利要求所保護(hù)。

附圖說明

通過參考以下附圖，可以更好地理解本發(fā)明。附圖中的組成部分不一定是按比例的，而是重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的參考數(shù)字在所有不同視圖中都指代對(duì)應(yīng)的部件。

圖1是根據(jù)一種實(shí)施方式的絲極組件的實(shí)例的圖解透視圖。

圖2a是根據(jù)一種實(shí)施方式的芯和絲極材料片或絲極材料層的實(shí)例的圖解透視圖。

圖2b是圖2a中說明的芯和絲極材料片或絲極材料層在根據(jù)一種實(shí)施方式已經(jīng)添加了光刻膠之后的圖解透視圖。

圖2c是絲極組件在根據(jù)一種實(shí)施方式蝕刻圖2b中說明的絲極材料并移去光刻膠之后的圖解透視圖。

圖2d是圖2c中說明的絲極組件在該絲極組件已經(jīng)操作性連接于絲極柱之后的圖解透視圖。

圖2e是圖2c中說明的絲極組件的縱切面的圖解透視圖。

圖3a是根據(jù)另一種實(shí)施方式的芯和絲極材料片或絲極材料層的實(shí)例的圖解透視圖。

圖3b是由圖3a中說明的芯和絲極材料制造的絲極組件在該絲極組件已經(jīng)根據(jù)一種實(shí)施方式操作性連接于絲極柱之后的實(shí)例的圖解透視圖。

圖4是根據(jù)另一種實(shí)施方式的絲極組件的實(shí)例的圖解透視圖。

圖5是根據(jù)一種實(shí)施方式的電子源(或電子發(fā)射體)的實(shí)例的圖解視圖。

具體實(shí)施方式

圖1是根據(jù)一種實(shí)施方式的絲極組件100的實(shí)例的圖解視圖。通常，絲極組件100可以包括芯104和絲極108。在一些實(shí)施方式中，絲極組件100也可以包括熱離子發(fā)射層112。在一些實(shí)施方式中，絲極組件100也可以包括如下所述的絲極柱。

通常，芯104可以由下述材料構(gòu)成，該材料能夠可靠為絲極108提供堅(jiān)固支撐表面，同時(shí)能在絲極組件100的使用壽命內(nèi)經(jīng)受住包括高溫的熱循環(huán)而又不會(huì)失效(例如，開裂，分解等)。在本文中，高溫通常是高到足以通過蒸發(fā)產(chǎn)生電子(即，熱離子發(fā)射)而又不會(huì)使絲極材料或涂布絲極材料的熱離子發(fā)射材料熔化的溫度，一個(gè)非限制性實(shí)例是約1800℃。為了方便，本申請(qǐng)所述的芯材料稱為高熔點(diǎn)材料。因此，芯材料可以選自，例如，范圍廣泛的耐火材料，實(shí)例包括但不限于，各種陶瓷，金屬(或類金屬)氧化物，碳化物，氮化物，和粘土。此外，芯材料通常是電絕緣材料，因此可以是剛剛提到的非金屬耐火材料。在本文中，術(shù)語“電絕緣材料”包括介電材料。芯104通常具有沿芯軸116的芯長(zhǎng)度。芯長(zhǎng)度可以是芯104的優(yōu)勢(shì)維度，即，芯104可以沿芯軸116延長(zhǎng)。芯104可以是實(shí)心的或空心的。在一些實(shí)施方式中，“實(shí)心”芯材料可以是粉末、顆粒、或礦料的高度壓縮的包裝材料，例如可以通過球磨或用于從粉末等建造實(shí)心物體的其它技術(shù)。芯104可以具有整體結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)。作為后者的實(shí)例，芯104可以包括包封填充物或芯材料外殼(例如，管)。在所示的實(shí)施方式中，芯104是圓柱形的，而在其它實(shí)施方式中可以是適于支撐固定形式的絲極108的任何其它形狀，從而有效產(chǎn)生穩(wěn)定的電子流。

芯104可以通過任何適宜的手段(例如，粘合劑，膠，樹脂，焊接，或緊固件，或芯104和支撐結(jié)構(gòu)120上彼此接觸、嚙合、或互鎖的相應(yīng)特征等)附接于或安裝于任何適宜的支撐結(jié)構(gòu)120，所述手段如上所述能夠可靠支撐芯104同時(shí)可經(jīng)受住包括高溫的熱循環(huán)。在各種實(shí)施方式中，可以將支撐結(jié)構(gòu)120看作是絲極組件100的一部分和/或看作是其中安裝了絲極組件100的儀器或系統(tǒng)的一部分。在所示的實(shí)施方式中，支撐結(jié)構(gòu)120是或者包括一對(duì)絲極柱124a和124b。芯104的軸末端分別附接于或安裝于絲極柱124a和124b。絲極柱124a和124b可以是相同或相似類型的柱，該柱是常規(guī)用于在電子(碰撞)電離(ei)源中支撐絲極的柱，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的。因此在實(shí)踐中，絲極柱124a和124b可以耦合于電壓源，該電壓源向絲極108提供功率并完成電路。

絲極108可以由任何導(dǎo)電性、高熔點(diǎn)材料構(gòu)成，即，能夠經(jīng)受住下述溫度的材料，所述溫度高到足以通過蒸發(fā)產(chǎn)生電子(即，熱離子發(fā)射)而又不會(huì)使絲極材料或涂布絲極材料的熱離子發(fā)射材料熔化。因此，例如，絲極108可以由以下適宜用于或用作熱離子陰極的材料構(gòu)成：耐火金屬或其它高熔點(diǎn)金屬，或任何耐火金屬或其它高熔點(diǎn)金屬的合金，或高熔點(diǎn)半導(dǎo)體。實(shí)例包括但不限于，銥，鎢，錸，及其合金(例如，鎢-錸)。絲極108包括第一末端128a、第二末端128b、以及在第一末端128a和第二末端128b之間的細(xì)長(zhǎng)體。細(xì)長(zhǎng)體可以塑形為本申請(qǐng)說明的線狀物(即，具有圓形橫截面)，或塑形為帶狀物或條狀物(即，具有矩形橫截面的平的面狀幾何形狀(flat,planargeometry))。典型但不排他地，絲極108(即，細(xì)長(zhǎng)體)的橫截面的尺寸在毫米(mm)數(shù)量級(jí)。

通常，可以通過任何適宜的手段將第一末端128a和第二末端128b與絲極柱124a和124b電連通。根據(jù)該實(shí)施方式，通過第一和第二末端128a和128b與絲極柱124a和124b之間的直接連接或間接連接(例如，經(jīng)中間接觸線)，可以將第一末端128a和第二末端128b與絲極柱124a和124b電連通。在其中絲極108為線狀物形狀的本發(fā)明實(shí)施方式中，通過將第一末端128a和第二末端128b直接連接于絲極柱124a和124b，例如由焊接實(shí)現(xiàn)，可以將第一末端128a和第二末端128b分別于各絲極柱124a和124b電連通。如果空間允許，第一末端128a和第二末端128b可以在靠近芯104軸末端處電連接于絲極柱124a和124b的末端(即，從圖1的視角看的上端)。否則，第一末端128a和第二末端128b可以在靠近芯104所安裝或附接的末端處的點(diǎn)電連接于絲極柱124a和124b的側(cè)面。

細(xì)長(zhǎng)體的至少中部128c設(shè)置在芯104上。期望絲極108的整個(gè)長(zhǎng)度都設(shè)置在芯104上并由此由芯104支撐，除了第一末端128a和第二末端128b，這些末端可能需要至少一定的自由移動(dòng)，從而有助于將它們電連接于絲極柱124a和124b。因此，細(xì)長(zhǎng)體的設(shè)置在芯104上的中部128c可以延續(xù)芯104的整個(gè)或基本整個(gè)長(zhǎng)度，而絲極108中懸掛在芯104與絲極柱124a和124b之間的末端部分(各自在第一末端128a和第二末端128b結(jié)束的部分)的長(zhǎng)度可以最小化。

在一些實(shí)施方式中，絲極108或至少中部128c是直線形的或基本直線形的，即，按直線形或基本直線形路徑沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。在其它實(shí)施方式中且正如所述，絲極108或至少中部128c按高電阻(或高電阻)構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。在本文中，“高電阻構(gòu)造”或“高電阻構(gòu)造”是指絲極的下述構(gòu)造，該構(gòu)造可提供具有顯著電阻的電通路，例如與直線形絲極相比具有增大電阻的電通路。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，高電阻構(gòu)造可以如下實(shí)現(xiàn)：同樣與直線形絲極相比，賦予絲極材料所延伸的方向多種變化。在這種情況中，高電阻構(gòu)造可以描述為具有多方向(或多圈、或多彎)構(gòu)造，在該構(gòu)造中絲極材料的路徑一次或多次改變方向。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，高電阻構(gòu)造如下實(shí)現(xiàn)：將至少中部128c按螺旋路徑纏繞在芯104(和由此的芯軸116)周圍。也就是說，至少中部128c形成為螺旋線圈。在其它實(shí)施方式中，也就是下述的實(shí)例，高電阻構(gòu)造可以形成蜿蜒的(或曲折的)路徑。

為確保絲極108的至少中部128c在操作期間保持完全支撐在芯104上且不會(huì)因加熱而移動(dòng)，至少中部128c可以通過適宜的結(jié)合劑(或粘合劑等)附接(例如，粘附、結(jié)合等)于芯104。在一些實(shí)施方式中，熱離子發(fā)射層112可以用作有效的結(jié)合劑，而無需使用單獨(dú)的結(jié)合劑。

將熱離子發(fā)射層112設(shè)置在芯104上，由此共形覆蓋(即，包封)絲極108的至少中部128c(如圖2e中更詳細(xì)所示，如下所述)。根據(jù)其組成，熱離子發(fā)射層112可以施涂為濕涂層或漿料，它們之后經(jīng)由干燥、蒸發(fā)、或用于移除液相的其它機(jī)制固化、硬化、或凝固?？梢詫?shí)施適于其組成的任何施涂熱離子發(fā)射層112的方法。實(shí)例包括但不限于，浸涂，噴涂，滴涂，旋涂，涂漆，刮刀涂布，印刷等。為增強(qiáng)熱離子發(fā)射，熱離子發(fā)射層112的材料的功函數(shù)可以低于絲極108的功函數(shù)。用于形成熱離子發(fā)射層112的適宜材料的實(shí)例包括但不限于：一種熱離子發(fā)射氧化物、或兩種或更多種不同熱離子發(fā)射氧化物的混合物，例如，釔氧化物、或釔氧化物和一種或多種其它熱離子發(fā)射氧化物的混合物；和碳的熱離子發(fā)射同素異形體，例如，碳納米管，石墨烯，和碳納米管、石墨烯、或其它碳同素異形體的衍生物，或包含兩種或更多種不同碳同素異形體的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

以下將描述制造根據(jù)一種實(shí)施方式的絲極組件100的方法的實(shí)例。通常，可以提供芯104和絲極108，使得絲極108的細(xì)長(zhǎng)體的至少中部128c設(shè)置在芯104上。如上所述，在一些實(shí)施方式中，絲極108或至少中部128c可以按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。特別在本發(fā)明的實(shí)施方式中，絲極108的提供形式為線狀物，且高電阻構(gòu)造提供將中部128c按螺旋路徑纏繞在芯104周圍形成。如此組裝絲極組件100之后，然后如下將絲極組件100安裝在絲極柱124a和124b上：將芯104的軸末端安裝或附接到各絲極柱124a和124b上或安裝或附接于各絲極柱124a和124b。然后例如通過焊接將絲極108的第一末端128a和第二末端128b電連接于各絲極柱124a和124b。然后，可以將絲極組件100與絲極柱124a和124b作為單元安裝在離子源或其它儀器中?；蛘?，當(dāng)絲極組件100已經(jīng)安裝于并電連接于絲極柱124a和124b時(shí)，可以將絲極柱124a和124b預(yù)安裝在離子源或其它儀器中。在將絲極組件100安裝于絲極柱124a和124b之后，則可將熱離子發(fā)射層112施涂于芯104，使得熱離子發(fā)射層112包封(例如，共形設(shè)置在其上)至少中部128c。在一種具體但非限制性的實(shí)施方式中，如下施涂熱離子發(fā)射層112：將芯104(其上設(shè)置有絲極108)在熱離子發(fā)射材料的(或包含其的)漿料中浸漬。然后可以根據(jù)需要將熱離子發(fā)射材料干燥、固化等。或者，可以在將絲極組件100安裝于絲極柱124a和124b之前，施涂熱離子發(fā)射層112。

圖2a-2e是說明制造根據(jù)一種實(shí)施方式的絲極組件200的方法的實(shí)例的圖解透視圖。

首先參考圖2d，其說明制造的絲極組件200在其已經(jīng)安裝于和電連接于絲極柱224a和224b之后的實(shí)例，以及圖2e，其說明制造的絲極組件200的縱截面的實(shí)例。絲極組件200可以包括芯204，絲極208，和熱離子發(fā)射層212。芯204、絲極208、和熱離子發(fā)射層212的材料組成可以如以上關(guān)于圖1中所示的絲極組件100所述。

芯204具有沿芯軸216的芯長(zhǎng)度，并且可以沿芯軸216延伸。芯204可以是實(shí)心的或空心的，并且可以具有整體結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)。在所示的實(shí)施方式中，芯204是圓柱形的，而在其它實(shí)施方式中通?？梢允沁m于支撐絲極208并在操作中產(chǎn)生穩(wěn)定電子流的任何其它形狀。

芯204可以通過如上所述的任何適當(dāng)手段附接或安裝于任何適宜的支撐結(jié)構(gòu)220。如上所述，根據(jù)該實(shí)施方式，支撐結(jié)構(gòu)220可以看作是絲極組件200的一部分和/或看作是其中安裝絲極組件200的儀器或系統(tǒng)的一部分。在所示的實(shí)施方式中，支撐結(jié)構(gòu)220是或包括一對(duì)絲極柱224a和224b。芯204的軸末端分別附接或安裝于絲極柱224a和224b。

絲極208包括第一末端228a、第二末端228b、以及在第一末端228a和第二末端228b之間的細(xì)長(zhǎng)體。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，細(xì)長(zhǎng)體塑形為帶狀物或條狀物。典型但不排他地，絲極208(即，細(xì)長(zhǎng)體)的橫截面的尺寸為毫米(mm)數(shù)量級(jí)。

通常，可以通過任何適宜的手段將第一末端228a和第二末端228b與絲極柱224a和224b電連通。在其中絲極208具有平的面狀幾何形狀的本發(fā)明實(shí)施方式中，可以經(jīng)各接觸線232a和232b將第一末端228a和第二末端228b與各絲極柱224a和224b電連通。也就是說，接觸線232a和232b分別提供第一末端228a和第二末端228b與絲極柱224a和224b之間的電互連。具體地，接觸線232a的兩個(gè)相對(duì)端可以各自連接于第一末端228a和絲極柱224a(例如，通過焊接)，而接觸線232b的兩個(gè)相對(duì)端可以各自連接于第二末端228b和絲極柱224b(例如，通過焊接)。如果空間允許，第一末端228a和第二末端228b可以電連接于絲極柱224a和224b在靠近芯204的軸末端處的末端。否則，如圖所示，第一末端228a和第二末端228b可以在靠近芯204所安裝或附接的末端處的點(diǎn)電連接于絲極柱224a和224b的側(cè)面。

細(xì)長(zhǎng)體的至少中部228c設(shè)置在芯204上。如上所述，在一些實(shí)施方式中，至少中部228c可以按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，絲極208的平的面狀幾何形狀以及使用接觸線232a和232b作為與絲極柱224a和224b的互連物能夠使絲極208的整個(gè)長(zhǎng)度都設(shè)置在芯204上，由此由芯204支撐。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，高電阻構(gòu)造如下實(shí)現(xiàn)：將至少中部228c按螺旋路徑纏繞在芯204(和由此的芯軸216)周圍。如本申請(qǐng)所述，在其它實(shí)施方式中，高電阻構(gòu)造可以實(shí)現(xiàn)為蜿蜒的(或曲折的)路徑。

正如其它實(shí)施方式所述且在圖2d中可最好地顯示，熱離子發(fā)射層212設(shè)置在芯204上，由此包封絲極208的至少中部228c。

以下將參考圖2a-2e描述制造根據(jù)一種實(shí)施方式的絲極組件200的方法的實(shí)例。通常，可以提供芯204和絲極208，使得絲極208的細(xì)長(zhǎng)體的至少中部228c設(shè)置在芯204上，并且可以按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，這可以通過與三維物體兼容的激光蝕刻或紫外線(uv)光刻(光刻)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。以下描述可以使用的光刻工藝的一種非限制性實(shí)例。在其它實(shí)施方式中，可以使用其它制造技術(shù)，包括非光刻技術(shù)。

參考圖2a，芯204可以提供為實(shí)心或空心圓柱體的形式?？梢匀缦绿峁┙z極208：首先在芯204上設(shè)置或形成絲極材料的片或?qū)?36，或在芯204的整個(gè)外部縱向表面周圍進(jìn)行以形成絲極材料的管或筒，或在芯204的至少一部分外部縱向表面周圍進(jìn)行以形成絲極材料的管或筒?？梢酝ㄟ^適于絲極材料的組成的任何方法在芯204上設(shè)置或形成絲極材料的片或?qū)?36。作為一個(gè)實(shí)例，絲極材料可以通過真空沉積技術(shù)例如適宜的化學(xué)氣相沉積(cvd)或物理氣相沉積(pvd)技術(shù)形成。作為另一個(gè)實(shí)例，絲極材料可以起初作為預(yù)成型片提供，然后將其纏繞在芯204周圍?？梢允褂孟率鲞m度強(qiáng)而耐熱的粘合介質(zhì)將預(yù)成型片固定于芯204，所述粘合介質(zhì)能夠經(jīng)受絲極組件200使用過程中遇到的熱循環(huán)而又不會(huì)導(dǎo)致絲極材料與芯204分離。

參考圖2b，絲極材料的片或?qū)?36涂布有光刻膠層240例如基于環(huán)氧樹脂的光刻膠(例如，su-8)。在圖示的實(shí)例中，然后可以如下將匹配所需高電阻構(gòu)造的圖案244劃定在光刻膠上：將電磁能(例如，可見光，紫外(uv)光等)以適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)(nm)和劑量(mj/cm²)引導(dǎo)通過具有相應(yīng)圖案的光掩模(未顯示)上。其它實(shí)施方式可以使用另一種類型的曝光能量，例如電子束，x射線能，或激光。在所示的實(shí)施方式中，圖案244是螺旋狀的，而在其它實(shí)施方式中可以是蜿蜒的或曲折的，如上所述。對(duì)于三維物體例如絲極材料層236，在用uv光照射組件之前，可以先將光掩模與絲極材料層236對(duì)準(zhǔn)并順應(yīng)地施用到絲極材料層236上?；蛘撸梢允褂酶鼮槌Ｒ?guī)的光掩模和刻線，并且或以角增量圍繞芯軸216旋轉(zhuǎn)，或保持固定而使芯204、絲極材料層236、和光刻膠層240的組件以角增量圍繞芯軸216旋轉(zhuǎn)。應(yīng)該知道，微電子制造所需的特征分辨率和準(zhǔn)確率的水平并不是本申請(qǐng)公開的絲極制造方法所必需的。

可以使用負(fù)性光刻膠，其本身可溶于適當(dāng)選擇的光刻膠顯影劑溶液(或“顯影液”)。負(fù)性光刻膠上通過光掩模的窗口(開口)曝光于uv光的區(qū)域在曝光于uv光之后變得不溶于顯影液(由于固化或交聯(lián))，而未曝光區(qū)域仍可溶于顯影液。這樣的話，光掩模的圖案正(或直接)匹配所需高電阻構(gòu)造的圖案244?；蛘?，可以使用正性光刻膠，其本身不溶于顯影液。正性光刻膠上通過光掩模的窗口曝光于uv光的區(qū)域在曝光于uv光之后變得可溶于顯影液(由于變性或其它降解機(jī)理)，而未曝光區(qū)域仍不溶于顯影液。這樣的話，光掩模的圖案與所需高電阻構(gòu)造的圖案244互補(bǔ)，或相反或負(fù)匹配所需高電阻構(gòu)造的圖案244。

不管哪種情況，將組件曝光于uv光會(huì)在光刻膠層中產(chǎn)生不溶性光刻膠的圖案。曝光之后，移走光掩模，并施用顯影液以溶解光刻膠的可溶性區(qū)域。然后沖掉顯影液和溶解的光刻膠材料。這會(huì)使得，絲極材料的圖案244由剩余的光刻膠(其不溶于顯影液)保護(hù)，而絲極材料層236的剩余部分現(xiàn)在是曝光的。

參考圖2c，然后將適宜的濕法蝕刻劑(例如，化學(xué)品)或干法蝕刻劑(例如，氧等離子體，離子束等)施用于組件以除去絲極材料層236的曝光部分，從而僅在芯204上留下絲極材料的圖案244。然后通過適宜的蝕刻劑或其它手段除去置于絲極材料的圖案244上的剩余光刻膠，從而完成具有高電阻構(gòu)造的絲極208的制造。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知道，以上光刻類方法可以包括本申請(qǐng)未詳述的其它步驟，例如表面處理或清洗、沖洗、烘焙等

參考圖2d，然后可以如下將絲極組件200組裝于絲極柱224a和224b：將芯204的軸末端安裝或附接到各絲極柱224a和224b上或安裝或附接于各絲極柱224a和224b。然后可以如下將絲極208的第一末端228a和第二末端228b電耦合于各絲極柱224a和224b：分別將接觸線232a和232b在第一和第二末端228a和228b與絲極柱224a和224b之間互連，如上所述。然后可以將絲極組件200與絲極柱224a和224b作為單元安裝在離子源中?；蛘?，當(dāng)絲極組件200已經(jīng)安裝于并電連接于絲極柱224a和224b時(shí)，可以將絲極柱224a和224b預(yù)安裝在離子源中。

圖2e是絲極組件200由兩圈絲極208占據(jù)的縱截面(絲極組件200沿芯軸216的長(zhǎng)度)的側(cè)視圖。正如所示，在將絲極組件200安裝于絲極柱224a和224b之后或之前，可以如上所述將熱離子發(fā)射層212施涂于芯204，使得熱離子發(fā)射層212包封(例如，共形設(shè)置在其上)絲極208的至少中部228c(圖2d)，由此完成絲極組件200的制造。

在制造絲極組件200的方法的另一種實(shí)施方式中，芯204可以提供為實(shí)心或空心圓柱體的形式，且可以如下提供絲極208：首先在芯204上設(shè)置或形成絲極材料的片或?qū)?36，如上所述。將具有負(fù)匹配高電阻構(gòu)造(如果需要)的圖案244的開口圖案的掩模與絲極材料層236對(duì)準(zhǔn)，并將其共形施涂于絲極材料層236上。因此，絲極材料上對(duì)應(yīng)于圖案244的區(qū)域在掩模下被保護(hù)，而絲極材料的剩余區(qū)域通過掩模的開口曝光。然后將掩模本身不與其反應(yīng)的適宜的濕法或干法蝕刻劑施涂于組件，由此絲極材料的未保護(hù)區(qū)域被蝕刻掉。這可使得形成具有高電阻構(gòu)造的絲極208。然后如上所述將熱離子發(fā)射層212施涂于芯204，從而完成絲極組件200的制造。

在制造絲極組件200的方法的另一種實(shí)施方式中，具有所需高電阻構(gòu)造的絲極208通過材料添加法(material-additiveprocess)而非上述的材料減去法(material-subtractiveprocesses)形成。芯204可以如上所述提供為實(shí)心或空心圓柱體的形式。將具有正(或直接)匹配所需高電阻構(gòu)造的圖案244的開口圖案的掩模與芯204對(duì)準(zhǔn)，并將其共形施涂于芯204上。然后例如經(jīng)由cvd或pvd將絲極材料通過掩模的開口沉積。這可使得形成具有高電阻構(gòu)造的絲極208。然后可以如上所述將熱離子發(fā)射層212施涂于芯204，從而完成絲極組件200的制造。

圖3a和3b是說明制造根據(jù)另一種實(shí)施方式的絲極組件300的方法的實(shí)例的圖解透視圖。

首先參照?qǐng)D3b，其說明制造的絲極組件300在其已經(jīng)安裝并電連接于絲極柱324a和324b之后的實(shí)例。絲極組件300可以包括芯304，絲極308，和熱離子發(fā)射層312。芯304、絲極308、和熱離子發(fā)射層312的材料組成可以如以上關(guān)于圖1中所示的絲極組件100所述。

芯304具有沿芯軸316的芯長(zhǎng)度，并且可以沿芯軸316延伸。芯304可以是實(shí)心的或空心的，并且可以具有整體結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)。在所示的實(shí)施方式中，芯304是圓柱形的，而在其它實(shí)施方式中通?？梢允沁m于支撐絲極308并在操作中產(chǎn)生穩(wěn)定電子流的任何其它形狀。芯304可以通過如上所述的任何適當(dāng)手段附接或安裝于任何適宜的支撐結(jié)構(gòu)320。如上所述，根據(jù)該實(shí)施方式，支撐結(jié)構(gòu)320可以看作是絲極組件300的一部分和/或看作是其中安裝絲極組件300的儀器或系統(tǒng)的一部分。在所示的實(shí)施方式中，支撐結(jié)構(gòu)320是或包括一對(duì)絲極柱324a和324b。芯304的軸末端分別附接或安裝于絲極柱324a和324b。

絲極308包括第一末端328a、第二末端328b、以及在第一末端328a和第二末端328b之間的細(xì)長(zhǎng)體。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，細(xì)長(zhǎng)體塑形為帶狀物或條狀物。絲極308(即，細(xì)長(zhǎng)體)的橫截面的尺寸(例如，寬度和高度)可以類似于以上針對(duì)圖2c-2e中所示的絲極208所給的那些尺寸。通常，可以通過任何適宜的手段將第一末端328a和第二末端328b與絲極柱324a和324b電連通。在其中絲極308具有平的面狀幾何形狀的本發(fā)明實(shí)施方式中，可以經(jīng)各接觸線332a和332b將第一末端328a和第二末端328b與各絲極柱324a和324b電連通，如上所述與圖2e中所示的絲極組件200連接。如上所述，細(xì)長(zhǎng)體的至少中部328c設(shè)置在芯304上，并且可以按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸，所述高電阻構(gòu)造可以例如呈現(xiàn)螺旋路徑或蜿蜒(或曲折)路徑。

正如其它實(shí)施方式中，熱離子發(fā)射層312設(shè)置在芯304上，由此包封絲極308的至少中部328c。

圖3a說明制造絲極組件300的方法的初始步驟的實(shí)例。絲極組件300可以按照類似于以上針對(duì)絲極組件200所述的方式制造，所不同的是絲極材料最初以空心圓筒336的形式提供，且芯前體材料最初以漿料形式提供，例如陶瓷材料(例如，顆粒)和水、以及任選的一種或多種功能添加劑例如粘合劑的漿料。將漿料倒入由絲極材料筒圍住的體積內(nèi)，直到漿料填充全部或部分的該體積，然后使其固化，由此形成能夠支撐絲極材料的實(shí)心芯304。根據(jù)該實(shí)施方式以及漿料的組成，可以進(jìn)行各種工藝步驟以形成實(shí)心芯304。例如，可能需要包括以下的多個(gè)交替步驟：將漿料壓制(壓實(shí)，壓緊)成圓筒336(例如通過操作活塞結(jié)構(gòu)以使水從該體積脫離)，和將另外的漿料倒入圓筒336中。作為另一個(gè)實(shí)例，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟襟E，以完成移除水和使芯前體材料固化或凝固的過程，例如空氣干燥，真空干燥，烘烤，烘焙，燒結(jié)，固化等。

一旦圖3a中所示的組件已經(jīng)形成，然后可以根據(jù)本申請(qǐng)所述方法的任一種形成具有高電阻構(gòu)造的絲極308。然后可以將所得絲極組件300組裝于絲極柱324a和324b：將芯304的軸末端安裝或附接在各絲極柱324a和324b上或安裝或附接于各絲極柱324a和324b，和經(jīng)接觸線332a和332b將絲極308的第一末端328a和第二末端328b與各絲極柱324a和324b電連通，如圖3b中所示且如上所述。正如所示，在將絲極組件300安裝于絲極柱324a和324b之后或之前，可以根據(jù)本申請(qǐng)所述方法的任一種增加共形熱離子發(fā)射層。

在另一種實(shí)施方式中，絲極材料可以如剛剛所述最初以空心圓筒336的形式提供，芯304可以最初以實(shí)心體的形式提供，例如桿狀體，其可以是類似于本申請(qǐng)公開的其它實(shí)施方式的圓柱體?？梢詫?shí)心芯304插入空心圓筒336(其可以承載實(shí)心芯304，例如將實(shí)心芯304壓裝到空心圓筒336中)，其后可以如本申請(qǐng)所述進(jìn)行進(jìn)一步的加工和/或組裝步驟。

圖4是根據(jù)另一種實(shí)施方式的絲極組件400的實(shí)例的圖解透視圖。絲極組件400可以包括芯404，絲極408，和熱離子發(fā)射層412。芯404、絲極408、和熱離子發(fā)射層412的材料組成可以如以上關(guān)于圖1中所示的絲極組件100所述。

通常，絲極組件400的構(gòu)造可以類似于以上描述且在圖2a-2d中所示的絲極組件200的構(gòu)造，或類似于以上描述且在圖3a和3b中所示的絲極組件300的構(gòu)造。因此，芯404具有沿芯軸416(伸長(zhǎng))的芯長(zhǎng)度。芯404可以是實(shí)心的或空心的，可以具有整體結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以是圓柱形的或具有另一種適宜的形狀，并且可以附接或安裝于任何適宜的支撐結(jié)構(gòu)420例如一對(duì)絲極柱424a和424b。芯404的軸末端可以分別附接或安裝于絲極柱424a和424b。

絲極408包括第一末端428a、第二末端428b、以及在第一末端428a和第二末端428b之間的細(xì)長(zhǎng)體。細(xì)長(zhǎng)體可以塑形為帶狀物或條狀物，其尺寸可以為毫米(mm)數(shù)量級(jí)并且可以與以上通過圖2c-2e所示的絲極208的非限制性實(shí)例給出的那些尺寸相同或相似?？梢酝ㄟ^任何適宜的手段將第一末端428a和第二末端428b與絲極柱424a和424b電連通，例如通過經(jīng)由各接觸線432a和432b提供電互連。細(xì)長(zhǎng)體的至少中部428c設(shè)置在芯404上，并且可以按高電阻構(gòu)造沿芯長(zhǎng)度的至少一部分延伸。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，絲極408的平的面狀幾何形狀以及使用接觸線432a和432b作為與絲極柱424a和424b的互連物能夠使絲極408的整個(gè)長(zhǎng)度都設(shè)置在芯404上，由此由芯404支撐。在本發(fā)明的實(shí)施方式中并且正如所示，高電阻構(gòu)造由沿蜿蜒或曲折路徑橫跨在芯404外表面的至少一部分的至少中部428c實(shí)現(xiàn)。

正如在其它實(shí)施方式中，熱離子發(fā)射層412設(shè)置在芯404上，由此包封絲極408的至少中部428c。

絲極組件400可以根據(jù)本申請(qǐng)其它地方描述的方法的任一種制造。特別的，具有任選需要的高電阻構(gòu)造的絲極408可以根據(jù)本申請(qǐng)所述的材料添加法或材料減去法的任一種形成。在另一種實(shí)施方式中，具有高電阻構(gòu)造的絲極408可以預(yù)成型，然后可通過適宜的粘合或?qū)雍霞夹g(shù)將絲極408安裝或附接于芯404。

本發(fā)明另外包括其它實(shí)施方式，在所述其它實(shí)施方式中絲極組件包括來自任何上述實(shí)施方式的組分或特征的組合，包括圖1-4中所示的實(shí)施方式。

從以上描述中可明顯看出，本申請(qǐng)公開的絲極組件相比已知的絲極組件可以提供一種或多種優(yōu)勢(shì)。首先，絲極可以沿其整個(gè)長(zhǎng)度或沿其長(zhǎng)度的大部分得到支撐，從而消除或至少最小化由加熱引起的絲極移動(dòng)和變形。第二，可以構(gòu)造絲極，使得應(yīng)力消除或至少最小化，這也有助于使由加熱引起的絲極移動(dòng)和變形消除或至少最小化。第三，絲極組件的構(gòu)造可使熱離子發(fā)射層以更均勻的方式形成，由此可使電子樣品密度能以較低的絲極溫度蒸脫熱離子發(fā)射層。第四，可以改善絲極組件的形貌的尺寸精確度，由此改善電子的聚焦并得到較低的操作電流。以上優(yōu)勢(shì)的任一種或多種或全部可有助于改善增加的絲極壽命，電子流的穩(wěn)定性也可增加。穩(wěn)定性可以在高水平保持較長(zhǎng)的使用時(shí)間且歷經(jīng)較長(zhǎng)的絲極壽命。

本申請(qǐng)公開的絲極組件可以與需要產(chǎn)生自由電子的任何設(shè)備或系統(tǒng)聯(lián)合用作電子源(或電子發(fā)射體)。實(shí)例包括但不限于，電子槍例如可以用于陰極射線管(crts)，研究粒子物理學(xué)的裝置等；需要電子束(e-束)來與表面或分子相互作用而用于制造或微制造的系統(tǒng)；利用電子束用于照明的分析/測(cè)量?jī)x器和檢測(cè)器，例如電子顯微鏡；利用電子束用于使分子電離或使離子碎化的分析/測(cè)量?jī)x器和檢測(cè)器，例如質(zhì)譜儀；需要用于產(chǎn)生等離子體的種子電子源(等離子體源)以用于以下作用的裝置，基于等離子體的電離、光致電離、照明、表面清洗、表面蝕刻、表面處理、表面功能化、滅菌等；真空管；白熾燈光源；加熱裝置等。

圖5是根據(jù)一種實(shí)施方式的電子源(或電子發(fā)射體)500的實(shí)例的圖解視圖。電子源500包括根據(jù)本申請(qǐng)公開的實(shí)施方式任一項(xiàng)的絲極組件，例如絲極組件100(或200，300，或400，或其它)。在一些實(shí)施方式中，絲極組件100可以包括多于一根絲極，或者可以提供多于一個(gè)絲極組件100。電子源500還包括真空室552。根據(jù)該實(shí)施方式，可以將真空室552抽氣并永久密封隔絕環(huán)境，或者真空室552能夠被抽氣并通過適宜的真空抽氣系統(tǒng)(未顯示)保持在所需真空水平。電子源500可以包括一個(gè)陽極556和一個(gè)或多個(gè)另外的電極(電子光學(xué)件)558，對(duì)這些電極進(jìn)行配置，從而將原樣產(chǎn)生的電子聚集和加速為電子束(或“e-束”)560，以及引導(dǎo)電子束560按照給定應(yīng)用中的要求穿過產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)具有適當(dāng)空間和極性取向的靜電場(chǎng)。電子光學(xué)件558可以包括電子反射極562，其置于絲極組件上與電子流預(yù)設(shè)流動(dòng)方向相反的一側(cè)上。電子反射極562適當(dāng)偏轉(zhuǎn)以將原樣產(chǎn)生的電子朝著預(yù)設(shè)方向推進(jìn)。根據(jù)所述實(shí)施方式，真空室552可以包括電子束560穿過其中的小出口564。電子源500可以用于上述的各種應(yīng)用，且可受益于提供的如本申請(qǐng)教導(dǎo)構(gòu)造的絲極組件100(或200，300，或400，或其它)。

很多用于分析樣品的技術(shù)和/或用于檢測(cè)是否存在特定的生物化合物、化學(xué)化合物、或生物化學(xué)化合物或微量元素的技術(shù)都要求將待研究樣品(已知或懷疑其包含某種目標(biāo)分析物或特定微量元素)在制備中離子化以便通過質(zhì)譜(ms)分析或檢測(cè)。為使樣品電離而配置的裝置通常稱為離子源。離子源可以根據(jù)其是在真空操作還是在大氣壓操作進(jìn)行分類。離子源可以根據(jù)它們實(shí)現(xiàn)電離所實(shí)施的技術(shù)類型來進(jìn)一步分類。有些技術(shù)僅能在真空體系或僅能在大氣壓體系實(shí)施。不管哪種情況，ms本身必須在高真空(極低壓力)操作。

廣泛用于質(zhì)譜(ms)的真空離子源的一個(gè)實(shí)例是電子(碰撞)電離源或ei源。在典型的ei源中，將樣品物質(zhì)以分子蒸氣的形式引入到電離室中。電子發(fā)射體(或電子源)用于在與樣品物質(zhì)相互作用的電離室中產(chǎn)生電子束，或產(chǎn)生電子束并導(dǎo)入所述電離室。本申請(qǐng)公開的絲極組件、或絲極組件和有關(guān)電子源可以在這樣的應(yīng)用中用作電子源。在操作中，將待分析或檢測(cè)的樣品沿與電子束路徑交叉的路徑引入到電離室。在樣品和電子路徑交叉的區(qū)域中電子束轟擊樣品物質(zhì)，由此產(chǎn)生樣品物質(zhì)的電離。

基于ms的分析儀器通常包括本申請(qǐng)所述的離子源如ei源；質(zhì)量分析儀，其用于從離子源接收離子并基于它們的質(zhì)荷比(或m/z比，或更簡(jiǎn)稱為“質(zhì)量”)分離離子；離子檢測(cè)儀，其用于計(jì)算分離的離子；和電子器件，其用于按需處理來自離子檢測(cè)器的輸出信號(hào)，從而制作能向用戶說明的質(zhì)譜。通常，質(zhì)譜是表示檢測(cè)離子的相對(duì)豐度與它們m/z比的關(guān)系的一系列峰。質(zhì)譜可以用于確定是否存在樣品的某些組分，并進(jìn)一步確定樣品組分的分子結(jié)構(gòu)，從而使得能夠定性和定量地表征樣品。

再在其它應(yīng)用中，利用ei源的基于ms的分析儀器是檢漏器，其使用示蹤氣體(例如，氦氣，氫氣，氚氣，氬氣等)來確定制造制品(“在試裝置”或dut，或“在試單元”或uut)是否泄漏。在這種情況下，示蹤氣體是“樣品”。在一個(gè)實(shí)例中，dut的內(nèi)部與ei源流體連接并置于測(cè)試室中。測(cè)試室充有加壓氦氣，dut通過氦氣檢漏器的真空抽氣系統(tǒng)來排空。如果存在泄漏，測(cè)試室中的氦分子穿過泄露位點(diǎn)進(jìn)入dut的內(nèi)部，并進(jìn)入ei源。在另一個(gè)實(shí)例中，dut本身內(nèi)部充有加壓氦氣并置于測(cè)試室中。在這種情況下，測(cè)試室與ei源流體連接并通過真空抽氣系統(tǒng)來排空。如果存在泄漏，dut內(nèi)部的氦分子穿過泄露位點(diǎn)進(jìn)入測(cè)試室，并進(jìn)入ei源。不論哪種情況，ei都會(huì)將氦分子電離并將所得氦離子輸送到ms用于檢測(cè)和定量化。

在其它實(shí)施方式中，ei源可以配置為化學(xué)電離(ci)源。在這種情況下，使試劑氣體進(jìn)入電離室，將其通過電子束電離。所得試劑離子與樣品物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生分析物離子，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。

在其它實(shí)施方式中，本申請(qǐng)所述的絲極組件和/或有關(guān)電子源可以配置在ms中以產(chǎn)生電子用于通過電子捕獲解離(ecd)、電子轉(zhuǎn)移解離(etd)、或本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的有關(guān)技術(shù)將離子碎化或解離。在這種情況下，置于ms前端的離子源可以是任何類型的離子源，并產(chǎn)生“母”離子。在這種情況下，絲極組件和有關(guān)光學(xué)件可以置于碎化室(或池)，該碎化室(或池)位于離子源和ms之間的離子光學(xué)軸(即，沿離子工作流)上的位置。從絲極組件發(fā)射的電子與碎化室中的母離子束相互作用，產(chǎn)生“子”離子，然后可將其輸送至下游ms。

在其它實(shí)施方式中，除了作為ei源或ci源，離子源還可以作為基于等離子體的離子源，其中通過使形成等離子體的氣體經(jīng)受適當(dāng)?shù)哪芰枯斎?例如，射頻，微波等)來產(chǎn)生和維持等離子體，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。在這種情況下，本申請(qǐng)所述的絲極組件可以用于提供種子電子，種子電子有助于從最初未賦能的形成等離子體的氣體擊打出等離子體。樣品電離可以通過使樣品物質(zhì)暴露于等離子體來進(jìn)行。或者，可以將等離子體限制在將光子傳給樣品物質(zhì)的窗口后面，由此通過光致電離(pi)進(jìn)行樣品電離。

針對(duì)本申請(qǐng)的目的應(yīng)該理解的是，當(dāng)稱一個(gè)層(或膜，區(qū)域，基底，組成部件，裝置等)是“在另一個(gè)層上面”或“在另一個(gè)層上方”時(shí)，該層可以直接或真實(shí)地在所述另一個(gè)層上面(或上方)，或者也可以存在中間層(例如，緩沖層，過渡層，夾層，犧牲層，蝕刻終止層，掩模，電極，互連線，接觸線等)。除非另有所述，否則“直接在另一層上面”的層表示不存在中間層。也應(yīng)理解，當(dāng)稱一個(gè)層是在另一個(gè)層的“上面”(或“上方”)時(shí)，該層可以覆蓋另一個(gè)層的整個(gè)表面，或者可以僅覆蓋另一個(gè)層的表面的一部分。還應(yīng)理解的是，術(shù)語例如“在…上形成”或“設(shè)置在…上”不意在對(duì)材料運(yùn)輸、沉積、制造、表面處理、或者物理、化學(xué)、或離子鍵合或相互作用引入任何限制。術(shù)語“插入的”也按類似方式解釋。

也應(yīng)該理解，本申請(qǐng)使用的術(shù)語例如“信號(hào)連通”或“電連通”及其派生詞表示兩個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)、裝置、組成部件、模塊、或子模塊能夠經(jīng)由在一定類型信號(hào)路徑上行進(jìn)的信號(hào)彼此連通。所述信號(hào)可以是通信信號(hào)，功率信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)，或能量信號(hào)，其可以將信息、功率、或能量從第一系統(tǒng)、裝置、組成部件、模塊、或子模塊沿第一和第二系統(tǒng)、裝置、組成部件、模塊、或子模塊之間的信號(hào)路徑傳送給第二系統(tǒng)、裝置、組成部件、模塊、或子模塊。信號(hào)路徑可以包括物理連接，電連接，磁連接，電磁連接，電化連接，光學(xué)連接，有線連接，或無線連接。信號(hào)路徑也可以包括在第一和第二系統(tǒng)、裝置、組成部件、模塊、或子模塊之間的另外的系統(tǒng)、裝置、組成部件、模塊、或子模塊。

更廣泛地，術(shù)語例如“連通”和“...連通于”(例如，第一組成部件“與第二組成部件連通”或“處于與第二組成部件連通狀態(tài)”)在本申請(qǐng)用于表示兩個(gè)或更多個(gè)組成部件或元件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系、功能關(guān)系、機(jī)械關(guān)系、電關(guān)系、信號(hào)關(guān)系、光學(xué)關(guān)系、磁力關(guān)系、電磁關(guān)系、離子關(guān)系或流體關(guān)系。由此，講述一個(gè)組成部件與第二組成部件連通不意在排除以下可能性：在兩者之間可以存在另外的組成部件，和/或與第一和第二組成部件操作性聯(lián)合或嚙合。

應(yīng)該理解，可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下變化本發(fā)明的各個(gè)方面和細(xì)節(jié)。此外，以上描述僅針對(duì)說明的目的，而非限制的目的—本發(fā)明由所附權(quán)利要求限定。