微小尺寸电子注束斑的测量和分析

发布时间：2017-09-12 05:32

  本文关键词：微小尺寸电子注束斑的测量和分析

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【摘要】：在热阴极电子枪中,阴极两端加载一定电压会产生激活态的电子,这种电子在阴阳极间形成的高压加速电场中受力运动后会被加速至很高的速度,被加速的电子在真空环境中的汇聚磁场作用下,形成具有很高能量密度的高速电子流,这种具有高能量密度的高速电子流就称为电子束或电子注[1]。电子注在电子显微镜、显像管、加速器、大功率微波管中起到至关重要的作用。在新型太赫兹辐射源的研究中,我们发现运动的电子注能够产生一定频率的电磁辐射或激发相应的物理现象,其中受激辐射所产生的电磁波频率和电磁波功率与电子注的束流束斑等参数有一定的关系。因此测量电子注束斑束流参数就成为新型太赫兹辐射源研究中的一项重要工作。电子注束流束斑参数的测量是一个很大的课题,经过前人的总结与积累形成了一些测量电子注参数的方法,且根据不同类型的电子注有相应的电子注束斑的测量方法。根据现有的测量电子注束斑的方法可知,在真空行波管中常用到打靶法来测量电子注束斑尺寸,在真空回旋管中有时会用到电子束曝光胶来测量电子注束斑尺寸,且打靶法和电子束曝光胶这两种方法对于测量电子注束斑尺寸都是行之有效的,然而这两种方法也是有一定的局限性,即它仅仅针对电子注束斑尺寸较大的情况时是较为合适的。在新型太赫兹辐射源的研究中,根据项目需求需要使用到的电子注束流和束斑尺寸要远远小于行波管或是回旋管中用到的电子注,据理论计算得出需要使用的电子注密度应尽可能高,即电子注束流应该在微量级,而电子注束斑尺寸应尽可能的小,这样才能满足阴极发射源这部分的需求,因此项目中需要使用到收敛型的皮尔斯枪作为新型太赫兹辐射源的电子注发射源,由于实验中涉及到的电子注束流大致在微安量级甚至是纳安量级,因此,测量微纳量级的电子注参数是项目研究的重点。本课题在现有的测量电子注束流束斑参数方法的基础上,针对新型太赫兹辐射源研究中使用到的电子注提出两种微小尺寸电子注参数测量方法,这两种测量方法的划分主要是根据电子注束流量级的不同有所区分。根据实际电子注使用需求可知,本课题需要用到微纳量级的电子注作为电子注发射源,具体是指测量扫描电子显微镜中电子注的束流束斑参数,以及高真空动态系统中不同电子枪产生的电子注束流束斑参数。根据测试测量的结果,再结合仿真软件的计算结果作对比,科学地分析影响扫描电子显微镜以及高真空动态系统中电子注束流大小以及束斑尺寸的相关因素。本文最后将针对本实验中用到的几种测量微纳电子注参数的方法加以比较,分析各种方法的优缺点及适用环境并加以总结,并对后续工作的开展提出一些想法。基于本文提到的测量微纳量级电子注参数的方法,可以方便后续进行太赫兹波辐射源的探索性研究实验,具体是指基于电子学与光学相结合的研究太赫兹波辐射源的实验。
【关键词】：电子注 束斑 扫描电子显微镜 高真空动态系统
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN14
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 太赫兹研究背景11-12
• 1.2 新型太赫兹源产生需求12-13
• 1.3 微纳电子束源13-17
• 1.4 真空技术17-21
• 1.5 本文的主要贡献与创新21-22
• 1.6 本文的结构安排22-23
• 第二章 电子束产生及测量原理23-42
• 2.1 扫描电子显微镜工作原理23-33
• 2.1.1 SEM中的电子光学原理23-25
• 2.1.2 SEM中的信号种类25-27
• 2.1.3 SEM中的成像系统27-32
• 2.1.4 SEM中的真空系统32-33
• 2.2 动态系统33-36
• 2.2.1 动态系统的组成34
• 2.2.2 动态系统的工作原理及作用34-36
• 2.3 电子注束斑测量方法36-42
• 2.3.1 传统测量电子注束斑的方法36-37
• 2.3.2 电子束曝光胶37
• 2.3.3 图像分析法37-40
• 2.3.4 边缘尺度法40-42
• 第三章 电子束测量42-57
• 3.1 实验设备42-43
• 3.1.1 SEM42
• 3.1.2 动态系统42-43
• 3.2 测量仪器的选取43-44
• 3.3 LabVIEW程序44-47
• 3.3.1 数据采集卡微电流测量的程序设计44-45
• 3.3.2 三维电动位移台的控制程序设计45-47
• 3.4 法拉第杯47-48
• 3.4.1 法拉第杯的工作原理47
• 3.4.2 法拉第杯的设计和加工47-48
• 3.5 动态系统电子枪48-50
• 3.5.1 电子枪的原理48-49
• 3.5.2 电子枪的结构设计49-50
• 3.6 电子束测量50-57
• 3.6.1 SEM中电子注束斑的测量50-54
• 3.6.2 动态系统中电子注束斑的测量54-57
• 第四章 测量结果与数据分析57-78
• 4.1 SEM测量结果与分析57-65
• 4.1.1 SEM电流稳定度57-62
• 4.1.2 SEM电子注束斑分析62-65
• 4.2 动态系统测量结果分析65-78
• 4.2.1 电流稳定度65-69
• 4.2.2 电流分布情况69-72
• 4.2.3 电子注束斑分布72-78
• 第五章 总结与展望78-83
• 5.1 测量结果与总结78-80
• 5.2 两种测量方法比较80-81
• 5.3 实验意义81
• 5.4 后续工作展望81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-87
• 攻读硕士学位期间取得的成果87-88

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本文编号：835386