СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА Российский патент 1995 года по МПК H01J37/305 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для электронно-лучевых процессов отжига, полировки и упрочнения изделий оптики, микроэлектроники и машиностроения.

Известна электронная пушка, содержащая протяженный стержневой катод и расположенные вдоль него протяженные модуляторы и анод.

Недостаток известной электронной пушки заключается в ограниченных возможностях регулирования параметров (поперечного сечения, удельной мощности и распределения удельной мощности по сечению) ленточного электронного луча, поскольку в ней не используется такое эффективное для этого средство, как регулируемое изменение взаимного расположения катода и модулятора. Ограниченные возможности в регулировании параметров ленточного электронного луча, в свою очередь, негативно сказываются на технологических возможностях электронной пушки и качестве электронно-лучевой обработки изделий.

Известна также электронная пушка, которая, как наиболее близкая по технической сути, принята в качестве прототипа и содержит натянутый нитевидный катод, а также расположенные вдоль него протяженные анод и модулятор, выполненный из резистивного материала.

Недостаток прототипа, также как и аналога, заключается в ограниченных возможностях регулирования параметров ленточного электронного луча, поскольку в нем не используется регулируемое взаимное перемещение протяженных катода и модулятора относительно друг друга.

Целью изобретения является расширение возможностей регулирования параметров электронного луча ленточной формы.

Поставленная цель достигается тем, что в электронной пушке, содержащей протяженный катод, закрепленный своими концами в катодных стойках, и протяженные вдоль катода анод и модулятор, плоскости модулятора и катодные стойки выполнены с возможностью относительного перемещения, пушка снабжена элементами для вращения плоскостей модулятора, расположенных под углом друг к другу, в направлении изменения этого угла, а также узлами для перемещения модулятора к катоду и от него и для перемещения плоскостей катодных стоек к аноду и от него, узлы перемещения выполнены с возможностью преобразования регулирующего вращательного движения в поступательное перемещение, а элементы приводов узлов перемещения выполнены с учетом передачи движения через стенку вакуумной камеры, а сама электронная пушка установлена в отдельной вакуумной камере, которая связана с основной вакуумной камерой проемом и расположена своим корпусом снаружи.

На фиг. 1 показана электронная пушка, содержащая нитевидный катод 1 (длина которого L определяет ширину "ленты" ленточного электронного луча 1'), натянутый между катодными стойками 2, анод 3 с щелевидной прорезью 3', предназначенной для пропускания ленточного электронного луча на поверхность обрабатываемого изделия, модулятор 4, одни плоскости 4' которого расположены под углом alpha<N> друг к другу, а другие 4' параллельны друг другу, а также плату 5, предназначенную для установки на ней узлов, обеспечивающих возможность регулируемого перемещения катодных стоек 2 и плоскостей модулятора 4 относительно друг друга. Направление перемещения катодных стоек 2 здесь показано сплошной жирной стрелкой, тонкая сплошная стрелка показывает направление перемещения плоскостей 4' и 4'' модулятора к катоду и от него, а пунктирная дугообразная стрелка показывает направление перемещения (вращения) плоскостей 4' модулятора, при котором изменяется угол alpha<N>. Стрелка с индексом v показывает направление скорости v относительного перемещения электронной пушки и обрабатываемого изделия. Здесь также обозначены: D - толщина ленточного электронного луча; d - диаметр нитевидного катода; О - вершина угла alpha<N>; Н - расстояние между параллельными плоскостями 4'' модулятора и h - расстояние между центральной осью нитевидного катода и точкой О.

На фиг. 2 приведен чертеж электронной пушки с дополнительными укрупненными деталями, раскрывающими основные особенности технической реализации предложенной электронной пушки; 6 - узел перемещения катодных стоек 2; 7 - узел перемещения плоскости модулятора 4'' и дополнительной платы 8, на которой установлены узел 9 для перемещения (вращения) плоскости 4' модулятора, элементы скольжения 10 и стойки 11 с фиксаторами 12; 13 и 14 - стойки для крепления узлов перемещения 7 и 9 соответственно.

Предложенная электронная пушка работает следующим образом.

Ленточный электронный луч 1' через щелевидную прорезь в аноде 3 попадает на поверхность обрабатываемого изделия. При относительном перемещении электронной пушки и обрабатываемого изделия в направлении, перпендикулярном нитевидному катоду, со скоростью v за время Т обрабатывается значительная площадь на поверхности изделия, равная по величине S = LvT.

Параметры ленточного электронного луча - его поперечное сечение (или толщина D), удельная мощность и распределение удельной мощности по толщине D зависят от таких геометрических размеров электронной пушки, как угол alpha<N> между плоскостями 4' модулятора, диаметр d нитевидного катода и расстояние Н между плоскостями 4'' модулятора, а также расстояние h между центральной осью нитевидного катода и точкой О (вершиной угла alpha<N>). Однако, в известных аналоге и прототипе возможность регулирования параметров ленточного электронного луча путем изменения указанных геометрических величин (то есть путем регулируемого перемещения катодных стоек 2 и плоскостей 4', 4'' модулятора) не используется.

Полностью реализуются эти возможности в предложенной электронной пушке. Изменение величины h достигается при помощи узлов 6, обеспечивающих поступательное перемещение катодных стоек 2 к аноду и от него при регулирующем вращательном движении. Изменение расстояния Н достигается при помощи узлов 7, которые реализуют регулирующее вращательное движение в поступательное перемещение плоскости 4'' модулятора и дополнительной платы 8 с плоскостью 4' модулятора к катоду и от него. Узлы 9 и элементы скольжения 10 позволяют реализовать регулирующее вращательное движение во вращение плоскости 4' модулятора относительно элементов скольжения 10, установленных своими центрами вращения на линии, параллельной нитевидному катоду. При этом изменяется угол alpha<N>. Фиксация плоскости 4' модулятора в заданном положении осуществляется с помощью фиксаторов 12, установленных на стойках 11.

Регулируемые метрические изменения геометрических величин alpha<N>, h, H позволяют изменять толщину D ленточного луча и тем самым при тех же энергетических затратах (при неизменной общей мощности), что в аналоге и прототипе, обеспечивать требуемую по технологическим условиям обработки удельную мощность или, иными словами, плотность тока в луче которая может быть значительно выше плотности тока с катода.

Кроме того, при замене нитевидного катода одного диаметра на другой предложенная электронная пушка за счет реализации указанных выше возможностей регулирования параметров ленточного электронного луча легко обеспечивает выход на оптимальные режимы работы, что весьма затруднено в аналоге и прототипе.

Следует также отметить, что возможность регулируемого перемещения катодных стоек 2 позволяет при разных расстояниях h на концах нитевидного катода легко исключить влияние падения напряжения на катоде на величины толщины D ленточного электронного луча вдоль всей длины катода. В прототипе для устранения указанного влияния модулятор выполнен резистивным, и устраняется это влияние только для одного конкретного диаметра катода, с учетом которого рассчитывается и изготавливается резистивный модулятор.

Важным достоинством предложенного технического решения является и то, что оно позволяет провести широкие натурные исследования по анализу электронно-оптическуих систем с протяженными катодом, модулятором и анодом при различных сочетаниях величин d, alpha<N>, h и Н. При этом в полной мере могут быть реализованы для таких электронно-оптических систем преимущества электростатической фокусировки, о которых говорится в известном источнике.

Таким образом, предложенная электронная пушка с ленточным электронным лучом, в отличие от известных, обеспечивает идеальные возможности для отработки и оптимизации, а также реализации различных технологических режимов электронно-лучевой обработки путем расширения возможностей гибкого регулирования параметров ленточного электронного луча. Особенно впечатляющими достоинства предложенного технического решения как для исследовательских, так и для производственных целей, выглядят, если органы управления приводами узлов перемещения выведены наружу через стенки отдельной вакуумной камеры, в которой установлена электронная пушка. Через стенки отдельной вакуумной камеры удобно осуществлять управление узлами перемещения в разных направлениях.

Проведенные исследования экспериментального образца электронной пушки продемонстрировали эффективность влияния на параметры ленточного электронного луча регулируемого метрического перемещения катодных стоек и плоскостей модулятора относительно друг друга.

Использование: электронная пушка с изменяемым взаимным расположением протяженных катода и модулятора относится к электронной технике и может быть использована для электронно-лучевых процессов отжига, полировки и упрочнения изделий оптики, микроэлектроники и машиностроения. Цель изобретения - расширение возможностей регулирования параметров электронного луча ленточной формы. Сущность изобретения: электронная пушка содержит протяженный катод, закрепленный своими концами в катодных стойках, протяженные вдоль катода анод и модулятор, а также элементы и узлы для перемещения плоскостей модулятора и катодных стоек относительно друг друга. Новым в предложенной электронной пушке является то, что плоскости модулятора и катодные стойки выполнены с возможностью относительного перемещения, пушка снабжена элементами и узлами для вращения плоскостей модулятора, расположенных под углом друг к другу, в направлении изменения этого угла, для перемещения плоскостей модулятора к катоду и от него и для перемещения катодных стоек к аноду и от него, причем узлы перемещения выполнены с возможностью преобразования регулирующего вращательного движения в поступательное перемещение, элементы приводов узлов перемещения выполнены с учетом передачи движения через стенку вакуумной камеры, а сама электронная пушка установлена в отдельной камере, которая связана с основной вакуумной камерой проемом и расположена своим корпусом снаружи. 2 ил.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА, включающий генерирование электронного луча с помощью протяженных катода, пластин прикатодного электрода, расположенных под углом одна к другой, и анода и транспортирование луча в вакууме, отличающийся тем, что, с целью повышения управляемости лучом путем перемещения кроссовера электронного луча, в процессе его генерирования пластины прикатодного электрода вращают в направлении изменения угла между ними относительно оси, параллельной протяженному катоду.