一种具有选择功能的法拉第杯装置

摘要

一种具有选择功能的法拉第杯装置，属于电学检测部件技术领域。包括法拉第杯本体；第一绝缘件，设置在法拉第杯本体的封口端；第二绝缘件，设置在法拉第杯本体的开口端；电子束通道，位于拉第杯本体的开口端，并与法拉第杯本体的内部空间相连通；电子束选择组件，位于第二绝缘件远离法拉第杯本体的一侧，电子束选择组件向电子束通道提供电场力和磁场力，从而使电子束通道内的部分带电粒子产生偏移。电子束通过本发明的电子束通道时，电子束中速度和方向在选择范围外的带电粒子，受到电场力和磁场力的作用导致移动路径产生偏移而撞击在电子束通道上，而在选择范围内的带电粒子能够进入到法拉第杯本体内，实现对电子束中的带电粒子进行选择的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及电学检测部件技术领域，具体涉及一种具有选择功能的法拉第杯装置。

背景技术

法拉第杯是一种金属制杯状、用来测量带电粒子入射强度的真空侦测器，其测得的电流可以用来判定入射电子或离子的数量。

带电粒子经过汇集成束，即为电子束，其广泛应用于电子束加工和电子束显微成像领域。

在电子显微成像和电子束曝光过程中，电子束经过电子光学系统后会产生带电粒子运动速度和大小的差异，从而影响成像分辨率和加工精度，这种现象会限制电子束获得最佳的应用效果，因此对电子束中不同方向及不同速度的组成部分进行测试是十分必要的，但现有技术中的法拉第杯装置不具备对电子束中的带电粒子进行选择的功能，无法获取电子束中不同速度及不同方向的组成部分的数据。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的法拉第杯装置无法获取电子束中不同速度及不同方向的组成部分的数据的缺陷，从而提供一种具有选择功能的法拉第杯装置。

本发明提供如下技术方案：

一种具有选择功能的法拉第杯装置，包括：

法拉第杯本体；

第一绝缘件，设置在所述法拉第杯本体的封口端；

第二绝缘件，设置在所述法拉第杯本体的开口端；

电子束通道，位于所述拉第杯本体的开口端，并与所述法拉第杯本体的内部空间相连通；

电子束选择组件，位于所述第二绝缘件远离所述法拉第杯本体的一侧，所述电子束选择组件向所述电子束通道提供电场力和磁场力，从而使所述电子束通道内的部分电子产生偏移。

可选地，所述电子束选择组件包括：适于产生电场力的电极组件和适于产生磁场力的磁极；所述电极组件和所述磁极环绕所述电子束通道的轴线，并沿所述电子束通道的径向设置。

可选地，所述电极组件对称设置，且其朝向所述电子束通道的端面平行设置；

所述磁极对称设置，且其朝向所述电子束通道的端面平行设置。

可选地，所述电子束选择组件还包括：

固定座，设有定位腔；

所述电极组件和所述磁极的一端与对应的所述定位腔相连，所述电极组件和所述磁极另一端围绕构成所述电子束通道的第一通道。

可选地，还包括：

电子束择向件，位于所述电子束选择组件朝向所述法拉第杯本体的一侧，所述电子束择向件具有构成所述电子束通道的第二通道，所述第二通道与所述第一通道同轴设置且相互连通；该第二通道沿朝向所述法拉第杯本体方向上其内径逐渐减小。

可选地，所述第二通道呈阶梯状。

可选地，所述电极组件包括：

静电电极，设有适于连接外接电极的连接腔；

电极绝缘体，套设在静电电极外围。

可选地，所述电子束选择组件还包括：

盖板，位于所述电子束选择组件远离所述法拉第杯本体的一端；所述盖板具有构成所述电子束通道的第三通道，所述第三通道与所述第一通道同轴设置且相互连通。

可选地，所述电子束选择组件和/或所述法拉第杯本体与电流测试仪器相连。

可选地，所述法拉第杯本体的封口端设有用于连接导线的安装孔，所述导线适于与所述电流测试仪器相连，所述第一绝缘件设有适于嵌入所述导线的安装通道。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，包括法拉第杯本体；第一绝缘件，设置在所述法拉第杯本体的封口端；第二绝缘件，设置在所述法拉第杯本体的开口端；电子束通道，位于所述拉第杯本体的开口端，并与所述法拉第杯本体的内部空间相连通；电子束选择组件，位于所述第二绝缘件远离所述法拉第杯本体的一侧，所述电子束选择组件向所述电子束通道提供电场力和磁场力，从而使所述电子束通道内的部分电子产生偏移。

本发明设置电子束选择组件向电子束通道提供电场力和磁场力，当电子束通过电子束通道时，电子束中速度和方向在选择范围外的带电粒子，受到电场力和磁场力的作用导致移动路径产生偏移，进而撞击在电子束通道上，无法进入法拉第杯本体内，而电子束中速度和方向在选择范围内的带电粒子能够顺利进入法拉第杯本体内，进而通过法拉第杯本体获取选择范围内的带电粒子的数据；从而相较于现有技术中的法拉第杯装置实现对电子束中的带电粒子进行选择的功能，并能够通过调整电场力和磁场力来获取电子束中不同速度及不同方向的组成部分的数据；同时，由于第二绝缘件将法拉第杯本体与电子束选择组件及电子束通道分隔，因此通过法拉第杯本体获取的电流数据不会受到选择范围外带电粒子的影响，保证了对选择范围内带电粒子所产生数据的获取。

2.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述电子束选择组件包括适于产生电场力的电极组件和适于产生磁场力的磁极；所述电极组件和所述磁极环绕所述电子束通道的轴线，并沿所述电子束通道的径向设置。

本发明的电子束选择组件包括电极组件和磁极，电极组件和磁极环绕电子束通道的轴线，并沿电子束通道的径向设置，从而产生相互垂直的电场和磁场，实现对电子束通道内带电粒子的选择。

3.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述电极组件对称设置，且其朝向所述电子束通道的端面平行设置；所述磁极对称设置，且其朝向所述电子束通道的端面平行设置。

本发明电极组件和磁极均对称设置，且其朝向电子束通道的端面平行设置，从而保证产生的电场和磁场的精度，进而保证对电子束的选择精度，即准确筛选出速度和方向在选择范围外的带电粒子。

4.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述电子束选择组件还包括固定座，设有定位腔；所述电极组件和所述磁极的一端与对应的所述定位腔相连，所述电极组件和所述磁极另一端围绕构成所述电子束通道的第一通道。

本发明的电子束选择组件还包括固定座，并在固定座设置用于分别安装电极组件和磁极的定位腔，定位腔对电极组件和磁极起到定位作用，从而保证电极组件和磁极其朝向电子束通道的端面平行设置，进而保证对电子束的选择精度；电极组件和磁极远离定位腔的一端围绕构成电子束通道的第一通道，使电子束中的部分带电粒子在经过第一通道时受到电场力和磁场力的作用而产生偏移，从而实现对电子束的选择。

5.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，还包括电子束择向件，位于所述电子束选择组件朝向所述法拉第杯本体的一侧，所述电子束择向件具有构成所述电子束通道的第二通道，所述第二通道与所述第一通道同轴设置且相互连通；该第二通道沿朝向所述法拉第杯本体方向上其内径逐渐减小。

本发明设置电子束择向件进一步对电子束进行方向的选择，提升本发明装置的精度，当电子束经过第一通道后，仍有部分方向在选择范围外的带电粒子未撞击在第一通道上，即并未被选择出去，沿电子束的轴向方向，该部分带电粒子围绕在选择范围内带电粒子的外围，因此在电子束通过电子束择向件具有的第二通道时，由于第二通道的内径逐渐减小，导致该部分带电粒子在移动时会撞击在第二通道上，实现阻止该部分方向在选择范围外的带电粒子进入法拉第杯本体内，保证本发明装置选择的精度；同时，第二通道延长了电子束通道的长度，因此对于部分速度在选择范围外的带电粒子，其受到电场力和磁场力的作用偏移较小，无法及时撞击在第一通道上被拦截而继续向前移动，但由于第二通道延长了电子束通道的长度，因此在其继续移动的过程中，会撞击在第二通道上被第二通道拦截，从而保证本发明装置选择的精度。

6.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述第二通道呈阶梯状。

本发明的第二通道呈阶梯状，通过对阶梯孔径、阶梯孔数及阶梯孔长度的调整，实现对方向及速度位于不同范围内的带电粒子的拦截，使本发明的装置可以选择多种范围内的带电粒子。

7.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述电极组件包括静电电极，设有适于连接外接电极的连接腔；电极绝缘体，套设在静电电极外围。

本发明的电极组件包括静电电极和电极绝缘体，静电电极产生所需的电场力，电极绝缘体保证静电电极不受到电子束及选择范围外的带电粒子撞击形成的电流的影响，从而保证静电电极能够提供符合要求的电场力，进而保证本发明装置的选择精度。

8.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述电子束选择组件还包括盖板，位于所述电子束选择组件远离所述法拉第杯本体的一端；所述盖板具有构成所述电子束通道的第三通道，所述第三通道与所述第一通道同轴设置且相互连通。

本发明设置盖板对电极组件和磁极起到保护和固定的作用，避免其产生损坏或产生位移，从而造成对本发明装置的精度的影响。

9.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述电子束选择组件和/或所述法拉第杯本体与电流测试仪器相连。

本发明的电子束选择组件和/或所述法拉第杯本体与电流测试仪器相连，从而获取电子束选择组件和/或法拉第杯本体上的电流，从而获取选择范围外的带电粒子和/或选择范围内的带电粒子的数据。

10.本发明提供的具有选择功能的法拉第杯装置，所述法拉第杯本体的封口端设有用于连接导线的安装孔，所述导线适于与所述电流测试仪器相连，所述第一绝缘件设有适于嵌入所述导线的安装通道。

本发明设置安装孔和安装通道便于导线的安装，使本发明的装置使用更方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的正剖视图；

图2为本发明实施例1的侧视图；

图3为本发明实施例1中提供的固定座、电极组件及磁极的安装结构示意图；

图4为本发明实施例1中提供的电极组件的剖视图；

图5为本发明实施例1中提供的磁极的剖视图；

图6为本发明实施例1中提供的电子束择向件的剖视图；

图7为本发明实施例1中提供的第一绝缘件的仰视图；

图8为本发明实施例1的使用状态示意图。

附图标记说明：

1.盖板；2.电极绝缘体；3.静电电极；4.法拉第杯本体；5.安装孔；6.第一绝缘件；7.电子束择向件；8.第二绝缘件；9.固定座；10.安装通道；11.磁极；12.第一通道；13.第二通道；14.第三通道；15.连接腔；16.电极组件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种具有选择功能的法拉第杯装置，如图1-图7所示，包括

法拉第杯本体4，其用于接收电子束中方向及速度位于选择范围内的电子，本实施例对法拉第杯本体4的结构不做具体限定，优选的，如图1所示，法拉第杯本体4的封口端设有用于连接导线的安装孔5，所述导线适于与电流测试仪器相连，电子束中方向及速度位于选择范围内的电子撞击法拉第杯本体4从而产生电流，电流测试仪器通过导线获取该电流，并进而可以通过计算获取该部分电子的数据；当然，在其他实施例中，法拉第杯本体4也可以不设置安装孔5，而将导线直接缠绕在法拉第杯本体4上。

第一绝缘件6，设置在所述法拉第杯本体4的封口端，其避免法拉第杯本体4受到外界环境的影响，保证方向及速度位于选择范围内的电子在撞击法拉第杯本体4后能够顺利的产生电流，并保证该电流能够顺利的导出，本实施例对第一绝缘件6的结构不做具体限定，优选的，如图1和图7所示，第一绝缘件6与法拉第杯本体4通过螺钉相连，并在第一绝缘件6上预设有螺钉穿孔，同时，第一绝缘件6还设有适于嵌入所述导线的安装通道10，便于导线的安装，并对导向起到保护作用；当然，在其他实施例中，第一绝缘件6也可以不设置螺钉穿孔和安装通道10，其与法拉第杯本体4粘接相连，或在第一绝缘件6和法拉第杯本体4分别设置适配的卡槽和卡台，从而卡接相连。

第二绝缘件8，设置在所述法拉第杯本体4的开口端，其用于将电子束选择组件与法拉第杯本体4分隔，由于电子束选择组件与电子束通道相连，因此，电子束中方向及速度位于选择范围外的电子在撞击电子束通道后产生的电流会传导在电子束选择组件上，因此通过第二绝缘件8将电子束选择组件与法拉第杯本体4分隔，能够避免两者之间相互影响，从而保证法拉第杯本体4获取的数据精度，或者保证电子束选择组件与法拉第杯本体4两者分别获取的数据精度，本实施例对第二绝缘件8的结构不做具体限定，优选的，如图1所示，本实施例的第二绝缘件8为绝缘环，其具有嵌入法拉第杯本体4的环状凸台，以使第二绝缘件8与法拉第杯本体4卡接相连；当然，在其他实施例中，第二绝缘件8也可以是覆盖法拉第杯本体4开口端的绝缘片，并设有与电子束通道连通的开口，便于电子束通过。

电子束通道，位于所述拉第杯本体4的开口端，并与所述法拉第杯本体4的内部空间相连通，本实施例对电子束通道的结构不做具体限定，优选的，如图1所示，本实施例的电子束通道包括电子束选择组件形成的第一通道12、电子束择向件7具有的第二通道13以及盖板1具有的第三通道14，第一通道12、第二通道13和第三通道14均同轴设置且相互连通，以保证电子束的选择精度；当然，在其他实施例中，电子束通道也可以仅为第一通道12，也可以由第一通道12和第二通道13形成，还可以由第一通道12和第三通道14形成。

电子束选择组件，位于所述第二绝缘件8远离所述法拉第杯本体4的一侧，所述电子束选择组件向所述电子束通道提供电场力和磁场力，从而使所述电子束通道内，方向及速度位于选择范围外的部分电子产生偏移，进而撞击在电子束通道上，无法进入法拉第杯本体4内，从而实现对电子束的选择。

本实施例对电子束选择组件的具体结构不做限定，优选的，本实施例的电子束选择组件包括适于产生电场力的电极组件16和适于产生磁场力的磁极11；所述电极组件16和所述磁极11环绕所述电子束通道的轴线，并沿所述电子束通道的径向设置，通过电极组件16与磁极11产生相互垂直的电场和磁场，进而使电子束中的部分电子产生偏移，实现对电子束通道内电子束的选择，当然，在其他实施例中，电子束选择组件能够产生相互垂直的电场和磁场即可。

为保证本实施例产生的电场和磁场的精度，进而保证其对电子束中方向及速度的选择精度，所述电极组件16对称设置，且其朝向所述电子束通道的端面平行设置，以保证足够的平行度要求；所述磁极11对称设置，且其朝向所述电子束通道的端面平行设置，以保证足够的平行度要求；优选的，如图3所示，本实施例的电极组件16与磁极11呈“十”字形设置，即设置一组对称的电极组件16以及一组对称的磁极11；当然，在其他实施例中，电极组件16和磁极11也可以设置为多组，例如设置两组电极组件16和两组磁极11，此时其呈“米”字形设置。

本实施例对电极组件16的结构不做具体限定，优选的，如图4所示，本实施例的电极组件16包括静电电极3，设有适于连接外接电极的连接腔15，以使静电电极3能够产生电场；电极绝缘体2，套设在静电电极3外围，保证静电电极3与周围金属部件绝缘，避免其受到外界环境的影响，例如电子束撞击电子束通道产生的电流的影响，保证静电电极3能够产生稳定的、符合要求的电场，电极绝缘体2采用陶瓷或PEEK等绝缘材料。

本实施例对电极组件16和磁极11的安装方式不做具体限定，为保证电极组件16和磁极11的安装精度，进一步保证电极组件16和磁极11的平行度要求，以保证其对电子束中方向及速度的选择精度，优选的，如图1、图2和图3所示，本实施例的电子束选择组件还包括固定座9，设有定位腔，固定座9安装在第二绝缘件8上；所述电极组件16和所述磁极11的一端与对应的所述定位腔相连，为保证连接稳定，进一步设置螺钉将电极组件16和磁极11与固定座9相连，定位腔起到定位作用，以保证电极组件16和磁极11的安装精度，所述电极组件16和所述磁极11另一端围绕构成所述电子束通道的第一通道12，电子束在第一通道12中受到电场力和磁场力的作用，使方向和速度位于选择范围外的电子产生偏移，固定座9可以选择但不限于软磁性材料，磁极11可以采用但不限于线圈磁极或永磁体磁极；当然，在其他实施例中，也可以不设置固定座9，电极组件16和磁极11直接安装在第二绝缘件8上。

本实施例对固定座9的具体结构不做限定，优选的，如图3所示，本实施例的固定座9为板状结构，并设有用于电子束穿过的通孔；当然，在其他实施例中，固定座9也可以为环状结构。

本实施例对定位腔的具体结构不做限定，优选的，本实施例的定位腔为开口朝向远离第二绝缘件8一侧的插槽；当然，在其他实施例中，定位腔也可以为设置在环状固定座9内侧的插孔。

为进一步保护电极组件16和磁极11，避免其产生晃动，导致电场和磁场受到影响，本实施例的电子束选择组件还包括盖板1，位于所述电子束选择组件远离所述法拉第杯本体4的一端，并罩设在电极组件16和磁极11上；所述盖板1具有构成所述电子束通道的第三通道14，所述第三通道14与所述第一通道12同轴设置且相互连通，盖板1无磁并采用金属材质；当然，在其他实施例中，也可以不设置盖板1。

电子束择向件7，位于所述电子束选择组件朝向所述法拉第杯本体4的一侧，本实施例的电子束择向件7通过螺钉与固定座9相连，所述电子束择向件7具有构成所述电子束通道的第二通道13，所述第二通道13与所述第一通道12同轴设置且相互连通；该第二通道13沿朝向所述法拉第杯本体4方向上其内径逐渐减小，当电子束经过第一通道12后，仍有部分方向在选择范围外的电子未撞击在第一通道12上，即并未被选择出去，沿电子束的轴向方向，该部分电子围绕在选择范围内电子的外围，因此在电子束通过电子束择向件7具有的第二通道13时，由于第二通道13的内径逐渐减小，导致该部分电子在移动时会撞击在第二通道13上，实现阻止该部分方向在选择范围外的电子进入法拉第杯本体4内，保证选择的精度；同时，第二通道13延长了电子束通道的长度，因此对于部分速度在选择范围外的电子，其受到电场力和磁场力的作用偏移较小，无法及时撞击在第一通道12上被拦截而继续向前移动，但由于第二通道13延长了电子束通道的长度，因此在其继续移动的过程中，会撞击在第二通道13上被第二通道13拦截，从而保证选择的精度；当然，在其他实施例中，当电子束选择组件能够满足选择要求的时候，也可以不设置电子束择向件7。

本实施例对第二通道13的结构不做具体限定，优选的，如图1和图6所示，本实施例的第二通道13呈阶梯状，能够通过对阶梯孔径、阶梯孔数及阶梯孔长度的调整，实现对方向及速度位于不同范围内的电子的拦截；当然，在其他实施例中，第二通道13也可以设置为锥形。

本实施例在使用时，电子束通过电子束通道进入法拉第杯本体4内，在电子束通道内的移动过程中，方向及速度位于选择范围外的电子，受到电子束选择组件及电子束择向件7的选择作用而撞击在电子束通道上，进而在电子束择向件7和电子束选择组件上形成第一电流，而方向及速度位于选择范围内的电子进入法拉第杯本体4内，并撞击法拉第杯本体4，在法拉第杯本体4上形成第二电流，由于设置有第二绝缘件8，因此第一电流和第二电流不会互相干扰，以保证数据的精确性，通过连接法拉第杯本体4的导线将第二电流送至电流测试仪器，可以获取其数据并进行进一步分析；当然，在其他实施例中，还可以将电子束选择组件通过导线与电流测试仪器相连，以同时获取第一电流的数据，并进行进一步分析；也可以仅将电流测试仪器与电子束选择组件相连，即仅获取第一电流的数据。

上述使用过程的原理如下：如图8所示，图8中A

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。