一种测量扫描电镜电子束流的法拉第杯的制作方法

1.本实用新型涉及扫描电镜的技术领域，具体为一种测量扫描电镜电子束流的法拉第杯。


背景技术：

2.扫描电镜在材料科学、冶金、生物医学、地质勘探等领域有着广泛的应用，其中，表征扫描电镜的工作性能的指标之一就是电子束的电流大小，因为电子束流的强度和电子束流强度的大小线性相关，而电子束流强度将直接影响最终的成像分辨率。因此，实现对束流电流大小的高精度测量是有必要的。对扫描电镜入射电子的电流强度的精确测量需要解决如下几个问题：1.需要有一个可以收集入射电子的收集装置，即法拉第杯或法拉第笼；2.可将法拉第杯收集到的电子记录下来，通过电流大小实现量化的仪器，即高灵敏度电流表或集成的束流测试硬件系统；3.入射电子轰击法拉第杯内壁之后，会产生大量的二次电子、背散射电子、俄歇电子等，这些电子也需要被收集起来以防止逃出，影响电流强度的测量。4.法拉第杯需要与样品台绝缘，这样可避免入射电子产生的电流经过样品台流出。
3.除了对法拉第杯内壁结构的设计，使得因为入射电子轰击产生的大量二次电子、背散射电子、俄歇电子等电子信号尽可能少地从入射孔逸出，也可以使用特殊材料如高导电性石墨来减少材料因入射电子轰击而产生的电子数量，提高信号的收集效率。当前商业化的法拉第杯虽然结构简单、但均需要额外的测试系统集成，并且价格昂贵，测试效率仍未达到最优。因此，需要设计一种成本低、结构简单、加工方便、易于集成且测试效率高的新型法拉第杯，用于精确测量扫描电镜的电子束流，提高电镜的分辨率。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提供了一种测量扫描电镜电子束流的法拉第杯，其可以精确测量扫描电镜入射电子束流强度，且其结构简单、操作方便。
5.一种测量扫描电镜电子束流的法拉第杯，其特征在于，其包括：
6.杯盖，其包括一厚度方向贯穿的入射孔；
7.杯体，其包括有一厚度方向内凹的内凹盲孔；
8.绝缘底托，其用于隔绝样品台和杯体；
9.所述杯盖盖装于所述杯体的上表面，所述入射孔朝向所述内凹盲孔设置；
10.其还包括有一绝缘导线，所述绝缘导线的内层金属芯一端连接所述杯体，所述绝缘导线的内层金属芯的另一端用于连接高精度测电流装置；
11.所述杯盖和杯体均为导体材质，所述绝缘底托为绝缘材料。
12.其进一步特征在于：
13.所述杯盖为带有第一厚度的第一圆柱体，所述杯体为带有第二厚度的第二圆柱体，所述第二厚度大于第一厚度，所述第一圆柱体的直径等于第二圆柱体的直径；
14.所述杯盖和杯体均为黄铜材质，所述绝缘底托为ectfe树脂材料；
15.其还包括有一石墨柱体，所述石墨柱体插装于所述内凹盲孔内，所述石墨柱体的上表面为斜面，所述石墨柱体的上表面和杯体的上平面之间留有间距；
16.所述杯体的底部设置有预留顶出孔，所述预留顶出孔的上部连通至所述内凹盲孔，所述预留顶出孔用于将石墨柱体顶出内凹盲孔，方便组装和拆卸作业；
17.所述入射孔包括厚度方向的上部微孔、下部锥形口，所述锥形口的顶部连通微孔，所述锥形口的下部直径和所述内凹盲孔的直径相同，杯盖盖装于所述杯体后、所述锥形口位于所述内凹盲孔的正上方布置；
18.所述杯盖的厚度方向下部对应于锥形口的底部区域设置有导向孔，所述导向孔的直径和所述内凹盲孔的直径相同；
19.所述石墨柱体的外环壁紧贴所述内凹盲孔的内壁，确保不会有电子从石墨柱体的外环壁脱离整个内腔；
20.所述绝缘底托包括支承托盘、支承脚，所述支承托盘的下部中心区域设置有下凸支承脚，所述支承托盘的上表面中心内凹形成圆柱凹槽，所述杯体嵌装于所述圆柱凹槽内，且所述杯体的外壁贴合所述圆柱凹槽的内环壁布置，确保组装稳定可靠；
21.工作状态下，所述石墨柱体的上表面的斜面朝向内层金属芯连接所述杯体的位置布置。
22.采用上述技术方案后，杯盖盖装于杯体，且绝缘导体的内层金属芯一端连接杯体，将绝缘导线的内层金属芯的另一端用于连接高精度测电流装置，杯体支承于绝缘底托上，将绝缘底托定位于扫描电镜的样品台上，随后抽真空，之后打开电子枪，设置对应的加速电压，将电子枪的信号全部通过入射孔射入内凹盲孔内，通过高精度测电流装置直接读取当前聚光镜电流值下的电子束流，其可以精确测量扫描电镜入射电子束流强度，且其结构仅包括杯盖、杯体、绝缘底托和一绝缘导线，其结构简单、操作方便。
附图说明
23.图1为本实用新型的具体实施例的立体图结构示意图(未画出绝缘导线)；
24.图2为本实用新型的具体实施例的爆炸立体图(未画出绝缘导线)；
25.图3为本实用新型的具体实施例的立体图剖视示意图(具有绝缘导线)；
26.图4为实用新型的杯盖立体图的半剖放大示意图；
27.图5为测量实施例一中采用本实用新型的法拉第杯的和进口法拉第杯的测量数据对比图；
28.图6为测量实施例二中采用本实用新型的法拉第杯的和进口法拉第杯的测量数据对比图；
29.图中序号所对应的名称如下：
30.杯盖10、微孔11、锥形口12、定位贯穿孔13、导向孔14、豁口15、杯体20、内凹盲孔21、螺纹孔22、预留顶出孔23、绝缘底托30、支承托盘31、支承脚32、圆柱凹槽33、绝缘导线40、内层金属芯41、石墨柱体50、上表面51、螺栓60、腔体70。
具体实施方式
31.一种测量扫描电镜电子束流的法拉第杯，见图1
‑
图4：其包括杯盖10、杯体20、绝缘
底托30，杯盖10包括一厚度方向贯穿的入射孔，入射孔包括上部微孔11、下部锥形口12；杯体20包括有一厚度方向内凹的内凹盲孔21；
32.绝缘底托30，其用于隔绝样品台和杯体20；
33.杯盖10盖装于杯体20的上表面，入射孔朝向内凹盲孔21设置；
34.锥形口12的顶部连通微孔11，锥形口12的下部直径和内凹盲孔21的直径相同，杯盖10盖装于杯体20后、锥形口12位于内凹盲孔21的正上方布置；
35.绝缘导线40的内层金属芯41一端焊接连接杯体20，绝缘导线40的内层金属芯41的另一端用于连接高精度测电流装置；具体实施时，高精度测电流装置为高灵敏度电流表或集成的束流测试硬件系统。
36.杯盖10和杯体20均为黄铜材质，绝缘底托30为ectfe树脂材料。
37.具体实施例、见图1
‑
图4：杯盖10为带有第一厚度的第一圆柱体，杯体20为带有第二厚度的第二圆柱体，第二厚度大于第一厚度，第一圆柱体的直径等于第二圆柱体的直径；上部微孔11的孔径为100μm～200μm，下部锥形口12的扩口角度为45
°
。
38.杯盖10上环布有四个定位贯穿孔13，杯体20的上表面对应环布有四个螺纹孔22，螺栓60贯穿定位贯穿孔13后固接于对应的螺纹孔22内，使得杯盖10和杯体20快速定位组装、且方便拆卸；其中一个定位贯穿孔13和螺纹孔22的侧部设置有豁口15，豁口15用于绝缘导线40的内层金属芯41的辅助定位，之后内层金属芯41焊接连接杯体20的对应位置。
39.具体实施例中，还包括有一石墨柱体50，石墨柱体50插装于内凹盲孔21内，石墨柱体50的上表面51为斜面，斜面的斜度具体为和石墨柱体底面成角10
°
～60
°
，石墨柱体50的上表面51和杯体20的上平面之间留有间距、形成捕获电子的腔体70；
40.杯体20的底部设置有预留顶出孔23，预留顶出孔23的上部连通至内凹盲孔21，预留顶出孔23用于将石墨柱体50顶出内凹盲孔21，方便组装和拆卸作业。
41.具体实施时，杯盖10的厚度方向下部对应于锥形口12的底部区域设置有导向孔14，导向孔14的直径和内凹盲孔21的直径相同；
42.石墨柱体50的外环壁紧贴内凹盲孔21的内壁，确保不会有电子从石墨柱体50的外环壁脱离整个内腔；通过高导电性石墨来减少材料因入射电子轰击而产生的电子数量，提高信号的收集效率。
43.绝缘底托30包括支承托盘31、支承脚32，支承托盘31的下部中心区域设置有下凸支承脚32，支承托盘31的上表面中心内凹形成圆柱凹槽33，具体实施时，下凸支承脚32的直径为3.18mm，圆柱凹槽33的直径为12.7mm，杯体20嵌装于圆柱凹槽33内，且杯体20的外壁贴合圆柱凹槽33的内环壁布置，确保组装稳定可靠；
44.工作状态下，石墨柱体50的上表面51的斜面朝向内层金属芯41连接杯体20的位置布置，使得能够接收到更准确的测量结果。
45.其工作原理如下：杯盖盖装于杯体，且绝缘导体的内层金属芯一端连接杯体，将绝缘导线的内层金属芯的另一端用于连接高精度测电流装置，杯体支承于绝缘底托上，将绝缘底托定位于扫描电镜的样品台上，随后抽真空，之后打开电子枪，设置对应的加速电压，将电子枪的信号全部通过微孔射入内凹盲孔内，通过高精度测电流装置直接读取当前聚光镜电流值下的电子束流，其可以精确测量扫描电镜入射电子束流强度，且其结构仅包括杯盖、杯体、绝缘底托和一绝缘导线，其结构简单、操作方便。
46.测量实施例一
47.将法拉第杯组装完成后，表面焊接绝缘导线，与扫描电镜侧边法兰上的航空插头相连，在法兰的另一端将导线引出，与高灵敏度电流表或集成的束流测试硬件系统相连，并且末端接地，形成闭合回路。在测试开始前，将法拉第杯放置在扫描电镜的样品台上，随后抽真空，等到真空将至10
‑3pa后，打开电子枪，将加速电压设置为10kv。随后，在低倍下找到表面的微孔，并调节放大倍数，直至电子枪的信号全部落入孔内，被法拉第杯及下方的石墨柱体吸收，在高灵敏度电流表或集成的束流测试硬件系统上可以直接读取当前聚光镜电流值(spot size)下的电子束流。通过记录不同聚光镜电流值下的电子束流，可以绘制出电子束流随聚光镜电流值的变化趋势，因此可以比较该法拉第杯与进口法拉第杯(泰德派勒，100μm孔)的测试效率以及不同倾角的石墨柱体的影响。如图5所示，在10kv的加速电压下，电子束流随spot size的变化具有相同的趋势，并且上表面具有10
°
石墨柱体的法拉第杯测试效率远高于进口法拉第杯。
48.测量实施例二
49.将法拉第杯组装完成后，表面焊接绝缘导线，与扫描电镜侧边法兰上的航空插头相连，在法兰的另一端将导线引出，与高灵敏度电流表或集成的束流测试硬件系统相连，并且末端接地，形成闭合回路。在测试开始前，将法拉第杯放置在扫描电镜的样品台上，随后抽真空，等到真空将至10
‑3pa后，打开电子枪，将加速电压设置为15kv。随后，在低倍下找到表面的微孔，并调节放大倍数，直至电子枪的信号全部落入孔内，被法拉第杯及下方的石墨柱体吸收，在高灵敏度电流表或集成的束流测试硬件系统上可以直接读取当前聚光镜电流值(spot size)下的电子束流。通过记录不同聚光镜电流值下的电子束流，可以绘制出电子束流随聚光镜电流值的变化趋势，因此可以比较该法拉第杯与进口法拉第杯(泰德派勒，100μm孔)的测试效率以及不同倾角的石墨柱体的影响。如图6所示，在15kv的加速电压下，电子束流随spot size的变化具有相同的趋势，并且所有自研法拉第杯的测试效率都远高于进口法拉第杯，上表面具有10
°
的石墨柱体的法拉第杯测试效率最高。
50.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
51.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。