一种扫描隧道显微镜针尖的热处理装置的制作方法

本发明涉及一种扫描隧道显微镜针尖的热处理装置，属于超高真空电子器件技术领域。

背景技术：

在扫描隧道显微镜的实验中，针尖的状态决定了扫描隧道显微镜图像的分辨率。针尖吸附各种分子以及针尖表面的氧化层或者杂质都会严重影响针尖的状态。因此，需要对扫描隧道显微镜针尖进行真空内原位热处理。以钨针尖为例，当钨针尖加热到1000℃时，可以去除其表面高熔点的氧化钨层及其余杂质。另外，由于钨的熔点高达3300℃，因此，这种热处理方式不会对钨针尖本身造成破坏。

热处理有很多种方式，但是由于扫描隧道显微镜的针尖很小，且处理针尖温度达到1000℃。因此常规的热传导，热辐射等方法并不适用于扫描隧道显微镜针尖的热处理。最适合处理金属针尖的方式是电子束轰击加热，这种加热方式中，灯丝中有隔离在负高压的工作电流，灯丝和扫描隧道显微镜针尖之间的距离需要控制在毫米量级。具体工作方式为：由于灯丝与针尖之间存在负高压，因此从灯丝逃逸的电子，经过灯丝和针尖中电场获得能量加速后，聚焦轰击在针尖上，使针尖局部瞬间加热到1000℃，实现针尖热处理。但是目前国内没有基于电子束轰击加热处理扫描隧道显微镜针尖的设备。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种扫描隧道显微镜针尖的热处理装置。本发明通过以下技术方案实现。

一种扫描隧道显微镜针尖的热处理装置，热处理装置16包括电源导线1、粗螺杆2、中螺杆3、细螺杆4、金属固定片5、陶瓷绝缘片6、金属连接片7、金属屏蔽罩8和灯丝9，陶瓷绝缘片6通过中螺杆3与金属固定片5间隔特定距离上下连接，金属固定片5顶部中间位置设有穿过金属固定片5顶部的粗螺杆2，灯丝9主体位于陶瓷绝缘片6上端，灯丝9两侧的灯丝端通过细螺杆4安装在陶瓷绝缘片6底面，灯丝9外部设有金属屏蔽罩8，金属屏蔽罩8底部设有三个接头，三个接头通过细螺杆4安装在陶瓷绝缘片6底面，其中一个接头通过金属连接片7连接安装在陶瓷绝缘片6底面上的灯丝9其中一侧灯丝端（使金属屏蔽罩8与灯丝9的一侧灯丝端电势相同），灯丝9两侧的灯丝端各与一根电源导线1一端连接，每根电源导线1另一端分别与高压电源15正负极连接；工作时，将针尖11的位置位于金属屏蔽罩8顶面中间位置且金属屏蔽罩8上部伸入到针尖托金属架10中。

所述金属屏蔽罩8分为三部分，顶部部分为小直径中空圆柱，中间部分为中空锥形过渡层，底部部分为大直径中空圆柱，大直径中空圆柱位于陶瓷绝缘片6表面上并包裹灯丝9，针尖11的位置位于小直径中空圆柱顶面中间位置。

工作时，热处理装置16中的两根电源导线1依次通过三通法兰13中一端、电极法兰14分别与高压电源15正负极连接，热处理装置16中粗螺杆2通过三通法兰13与直线推进器12连接。

针尖11位于针尖托金属架10底部，工作时，直线推进器12依次推动粗螺杆2、热处理装置16向前运动，将针尖11位于金属屏蔽罩8顶面中间位置且金属屏蔽罩8上部伸入到针尖托金属架10中。

该扫描隧道显微镜针尖的热处理装置的工作原理为：

先将金属屏蔽罩8小直径中空圆柱中心对准针尖11，然后通过直线推进器12将装置往针尖11移动，直到金属屏蔽罩8小直径中空圆柱前端伸入针尖托金属架10中，使金属屏蔽罩8屏蔽灯丝9与针尖托金属架10之间的电场。之后接通灯丝9接通高压电源15，使得灯丝9中有隔离在负高压工作的电流，电流接通后，观察电子束电流，并使电子束电流稳定在合适工作值，针尖11处理完成之后关闭高压电源15，后通过直线推进器12控制装置向远离针尖11方向移动。最后将针尖11撤走，整个处理步骤完成。

本发明的有益效果是：

（1）本装置能有效处理针尖，屏蔽了针尖托金属架的影响；

（2）本装置可用在多种扫描隧道显微镜腔体中，依据需求改变粗螺杆长度即可；

（3）本装置中配件的材质可以根据工作环境更换，可在多种环境中使用，包括超高真空环境；

（4）本装置结构原理简单，器件无焊接可替换，易于修理；

（5）本装置成本较低。

附图说明

图1是本发明扫描隧道显微镜针尖的热处理装置结构示意图；

图2是本发明扫描隧道显微镜针尖的热处理装置金属屏蔽罩内部灯丝局部图；

图3是本发明扫描隧道显微镜针尖的热处理装置针尖热处理装置剖面示意图；

图4是本发明针尖和金属屏蔽罩前端局部图；

图5是扫描隧道显微镜针尖的热处理装置装配方式示意图。

图中：1-电源导线，2-粗螺杆，3-中螺杆，4-细螺杆，5-金属固定片，6-陶瓷绝缘片，7-金属连接片，8-金属屏蔽罩，9-灯丝，10-针尖托金属架，11-针尖，12-直线推进器，13-三通法兰，14-电极法兰，15-高压电源，16-热处理装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1至4所示，该扫描隧道显微镜针尖的热处理装置，热处理装置16包括电源导线1、粗螺杆2、中螺杆3、细螺杆4、金属固定片5、陶瓷绝缘片6、金属连接片7、金属屏蔽罩8和灯丝9，陶瓷绝缘片6通过中螺杆3与金属固定片5间隔特定距离上下连接，金属固定片5顶部中间位置设有穿过金属固定片5顶部的粗螺杆2，灯丝9主体位于陶瓷绝缘片6上端，灯丝9两侧的灯丝端通过细螺杆4安装在陶瓷绝缘片6底面，灯丝9外部设有金属屏蔽罩8，金属屏蔽罩8底部设有三个接头，三个接头通过细螺杆4安装在陶瓷绝缘片6底面，其中一个接头通过金属连接片7连接安装在陶瓷绝缘片6底面上的灯丝9其中一侧灯丝端（使金属屏蔽罩8与灯丝9的一侧灯丝端电势相同），灯丝9两侧的灯丝端各与一根电源导线1一端连接，每根电源导线1另一端分别与高压电源15正负极连接；工作时，将针尖11的位置位于金属屏蔽罩8顶面中间位置且金属屏蔽罩8上部伸入到针尖托金属架10中。

其中金属屏蔽罩8分为三部分，顶部部分为小直径中空圆柱，中间部分为中空锥形过渡层，底部部分为大直径中空圆柱，大直径中空圆柱位于陶瓷绝缘片6表面上并包裹灯丝9，针尖11的位置位于小直径中空圆柱顶面中间位置。

实施例2

如图1至5所示，该扫描隧道显微镜针尖的热处理装置，热处理装置16包括电源导线1、粗螺杆2、中螺杆3、细螺杆4、金属固定片5、陶瓷绝缘片6、金属连接片7、金属屏蔽罩8和灯丝9，陶瓷绝缘片6通过中螺杆3与金属固定片5间隔特定距离上下连接，金属固定片5顶部中间位置设有穿过金属固定片5顶部的粗螺杆2，灯丝9主体位于陶瓷绝缘片6上端，灯丝9两侧的灯丝端通过细螺杆4安装在陶瓷绝缘片6底面，灯丝9外部设有金属屏蔽罩8，金属屏蔽罩8底部设有三个接头，三个接头通过细螺杆4安装在陶瓷绝缘片6底面，其中一个接头通过金属连接片7连接安装在陶瓷绝缘片6底面上的灯丝9其中一侧灯丝端（使金属屏蔽罩8与灯丝9的一侧灯丝端电势相同），灯丝9两侧的灯丝端各与一根电源导线1一端连接，每根电源导线1另一端分别与高压电源15正负极连接；工作时，将针尖11的位置位于金属屏蔽罩8顶面中间位置且金属屏蔽罩8上部伸入到针尖托金属架10中。

其中金属屏蔽罩8分为三部分，顶部部分为小直径中空圆柱，中间部分为中空锥形过渡层，底部部分为大直径中空圆柱，大直径中空圆柱位于陶瓷绝缘片6表面上并包裹灯丝9，针尖11的位置位于小直径中空圆柱顶面中间位置；工作时，热处理装置16中的两根电源导线1依次通过三通法兰13中一端、电极法兰14分别与高压电源15正负极连接，热处理装置16中粗螺杆2通过三通法兰13与直线推进器12连接。

针尖11位于针尖托金属架10底部，工作时，直线推进器12依次推动粗螺杆2、热处理装置16向前运动，将针尖11位于金属屏蔽罩8顶面中间位置且金属屏蔽罩8上部伸入到针尖托金属架10中。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。