二维混合结构网格电场数值模拟及其在低能电子枪设计中的应用

在半导体行业中,低能电子枪是样品二次发射系数测量和样品表面电荷中和的关键部件。为了给低能电子枪提供设计参考,本文采用二维混合结构网格电场数值模拟计算方法构造了不同结构和栅极电位的电子枪模型,研究了不同模型结构对束斑和束流的影响。结果表明,随着栅极和阳极间距的增大,电子束的放大倍率和束流会降低;随着栅极孔径的增加,电子束的放大倍率会降低,束流会逐渐达到饱和点;随着栅极电位增大,栅极对电子束的会聚作用逐渐减弱,电子束的束流呈上升趋势并最终达到饱和点。

一种低能量远焦距电子枪技术

针对可移动非接触式月球表面电位探测器的电位无扰动测量单元对低能远焦电子束的需求,设计了低能远焦电子枪。以平板二极管电子枪为电子源,匹配两个静电聚焦透镜,将电子源引出的发散电子束聚焦为需要的形状,并加速至所需能量。优化电子枪的几何参数以及施加在电极上的电位,电子枪引出的电子束能量在5~500 eV内,并且具有良好的电子光路特性。电子束能量为5 eV时,初始半径r为5 mm,束腰至电子枪出口的距离p约为133 mm。随着能量增加,r逐渐减小至500 eV时的3 mm左右,p逐渐减小至105 mm。电子束经月球表面电场反射被电子收集平极接收,仿真数据和理论分析结果均表明,电子枪的工作距离为400~600 mm,平板接收的电子占发射电子比例在96%以上。电子枪结构质量仅408 g,满足探测器对电子枪的质量需求。