微混合差分/三极管离子泵的制作方法
【专利说明】微混合差分/三极管离子泵
[0001 ] 优先权/权益要求
本专利申请要求提交于2014年4月24日的名称为“MICRO HYBRID DIFFERENTIAL/TR1DE 1N PUMP (微混合差分/三极管离子栗)”的美国临时专利申请号61/983，750的权益，该申请以引用方式并入本文中。
[0002]相关申请的引用本专利申请与以下申请有关:
提交于2014年2月 24 日的名称为“THIN FILM EDGE FIELD EMITTER BASED MICRO 1NPUMP (基于薄膜边缘场发射器的微离子栗)”的美国临时专利申请号61/943，778，该申请以引用方式并入本文中；以及
提交于2014年5月 14 日的名称为“THIN FILM EDGE FIELD EMITTER BASED MICRO 1NPUMP (基于薄膜边缘场发射器的微离子栗)”的美国专利申请号14/277，309，该申请以引用方式并入本文中。
【背景技术】
[0003]冷原子传感器使用在小封装中的低压/超高真空(UHV)。通过消除泄漏来维持超高真空是困难的。栗常被使用，以便维持超高真空达传感器的使用寿命。一些现有的栗体积大于10立方厘米，该体积大于一些传感器的整个体积。一些现有的栗使用潘宁阱(Penningtraps)，其使用强磁场来捕集(trap)电子。磁场可与冷原子传感器相互作用。
【发明内容】
[0004]离子栗包括:至少一个电子源，其配置成将电子发射到离子栗中；至少一个阴极，其定位成从至少一个电子源越过离子栗；高压栅格，其定位在至少一个电子源和至少一个阴极之间。高压栅格配置成将电子吸引到至少一个电子源和至少一个阴极之间，在这里，电子与气体分子碰撞，造成气体分子电离。至少一个阴极配置成将电离的气体分子朝至少一个阴极吸引，使得电离的气体分子由至少一个阴极捕集(trap)或被捕集在其附近。
【附图说明】
[0005]理解到附图仅示出示例性实施例，并且因此不被视为限制范围，通过使用附图将以另外的特定性和细节来描述示例性实施例，在附图中:
图1是示例性离子栗的剖视透视图。
[0006]图2A是图1的示例性离子栗的剖视俯视图。
[0007]图2B是另一个示例性离子栗的剖视俯视图。
[0008]图2C是另一个示例性离子栗的剖视俯视图。
[0009]图2D是另一个示例性离子栗的剖视俯视图。
[0010]图3是另一个示例性离子栗的剖视俯视图。
[0011]图4是另一个示例性离子栗的剖视俯视图。
[0012]图5是制造示例性离子栗的示例性方法的流程图。
[0013]根据惯例，各种描述的特征未按比例绘制，而是为了突出与示例性实施例有关的具体特征而绘制。
【具体实施方式】
[0014]在下面的详细描述中，参考形成本申请的一部分的附图，在附图中，以示意性的方式来显示具体的示例性实施例。然而，应当理解，其它实施例可以被利用，并且可以进行逻辑、机械和电学改变。此外，附图和说明书中提供的方法不应理解为限制各个步骤可被执行的次序。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。
[0015]本文所述示例性的离子栗(和更具体地，微混合差分/三极管离子栗)具有小于I立方厘米的体积并且不需要磁场。示例性的离子栗被优化以栗送稀有气体，因为其它气体可随吸气剂材料栗送。示例性的离子栗在小的体积内具有差分离子栗和三极管离子栗两者的益处。
[0016]图1是示例性离子栗100的框图。示例性离子栗100包括至少一个电子源102、至少一个阴极104、定位在至少一个电子源102和至少一个阴极104之间的高压(静电势)栅格106、以及定位在至少一个阴极104和高压栅格(grid) 106之间的可选的钛(Ti)阵列108。
[0017]在示例性实施例中，至少一个电子源102包括多个电子源102。在示例性实施中，所述多个电子源102在第一平面中彼此平行。在其它示例性实施中，所述多个电子源102的第一部分在第一平面上，并且所述多个电子源102的第二部分在第二平面上。在示例性实施中，第二平面垂直于第一平面。在示例性实施中，第一平面和第二平面中的至少一个表面积为大约I平方厘米。在示例性实施例中，至少一个电子源102包括场发射器阵列。在示例性实施中，场发射器阵列是实现场发射的大规模并行场发射器阵列。在示例性实施例中，至少一个电子源102包括边缘发射器，其生成足够的电子流，使得足够的气体分子被电离，甚至在没有由潘宁阱实现的增强的情况下。在示例性实施例中，至少一个电子源102包括边缘发射器、锐利尖端、β发射器、和/或热电子发射器的任何组合。边缘发射器是相比锐利尖端较不易被烧毁的，并且由“栅”层提供针对离子轰击的保护。
[0018]在示例性实施例中，至少一个阴极104包括多个阴极104。在示例性实施中，所述多个阴极104在第三平面上彼此平行。在其它示例性实施中，所述多个阴极104的第一部分在第三平面上，所述多个阴极104的第二部分在第四平面上。在示例性实施中，第四平面垂直于第三平面。在示例性实施中，第三平面垂直于第二平面。在示例性实施中，第四平面垂直于第一平面。在示例性实施中，第三平面和第四平面中的至少一个表面积为大约I平方厘米。在示例性实施中，至少一个阴极104是栗壁110的一部分。在示例性实施例中，阴极由不锈钢制成。
[0019]在包括可选的钛阵列108的示例性实施例中，可选的钛阵列108包括定位在至少一个阴极104的第三(和/或第四)平面上的钛突起。在示例性实施例中，至少一个阴极104是离子栗100的栗壁110的一部分，并且可选的钛阵列108是在阴极的部分上的涂层。在示例性实施例中，至少一个阴极104是离子栗100的栗壁110的一部分，并且可选的钛阵列108定位在阴极上。在其中至少一个阴极104是离子栗100的栗壁110的一部分并且可选的钛阵列108定位在栗壁110上和/或是阴极的部分上的涂层的示例性实施中，可选的钛阵列108包括远离阴极的突起。在示例性实施中，这些突起垂直于阴极。
[0020]在示例性实施例(例如，图2A-2B中所示实施例)中，电子源102的两个平面(例如，包括场发射器和相关联的栅的电子发射器)被制造和连接为成直角，并且阴极104的两个平面(包括至少一个阴极104和可选的钛阵列108)被构造和连接为成直角，并且这两个直角与绝缘材料连接成箱体形状，其中阴极104与电子源102 (例如，包括场发射器和相关联的栅的电子发射器)相对，形成四个壁。在示例性实施例中，自支撑的栅格连接到绝缘平面(其表面积为大约I平方厘米)并且附接到箱体的基部。在其中每个平面为大约I平方厘米的实施例中，箱体的总体积为大约I立方厘米。
[0021]在示例性实施例中，栗基部连接到真空系统的内壁，并且由离子栗100形成的箱体的第六开口侧连接到具有将被栗送的体积的室。在示例性实施中，室的体积显著大于离子栗100的体积。在示例性实施例中，经由真空馈通实现从栅、栅格和阴极到离子栗100封装件的外部的电连接。
[0022]在示例性实施例中，从电子源102发射的电子从电子源102朝位于离子栗100的中心附近的高压栅格106被加速。电子朝向高压栅格106被吸引。在示例性实施例中，电子大部分错过栅格线并且经过高压栅格106。在示例