Измерительный узел анализатора Советский патент 1982 года по МПК H01J29/48 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ АНАЛИЗАТОРА

1

Изобретение отнсюится к электронной технике, а именно . исследованию структуры электронного луча, и может найти широкое применение при разработке и исследовании электронна оптических систем и электронных приборов.

Известно большое количество различных конструкций измерительных узлов анализаторов электронньЬс пучков. При исследовании интенсивных электронных потоков находят широкое применение измерительные устройства в виде спепиальшлх зондов, погружаемых в электронный поток. Зонд может иметь, например, вид 5 круглой проволоки или пластинки с ровным краем. Металлический зонд, пересекая электронный пучок перпендикулярно его оси, отбирает на себя часть трка. По кривой зондового тока можно опреде- 20 лить границы пучка и получитьколичественное представление о его структуре.

Количественная оценка может быть выполнена только приближенно, что связано с трудоемкостью расшифровки осциллограмм. Кроме того, при измерениях с помощью зондов происходит усреднение по азимутальной координате.,,

Известна конструкция типа коллектор с малым отверстием, который либо сам перемещается относительно электронного пучка, либо последний относительно коллектора Cl .

Однако измерительный узел этой кон-1 струющи имеет недостаток, заключающийся в том, что для получения максимального разрешения пространственной структуры электронного пучка необходимо делать минимальное отверстие, а это приводит к необходимости регистрашга малых токов, что в нано- и пикосекундном диапазонах приводит к неразрешимый трудностям. Кроме того, анализаторы, использующие в качестве измерительных, узлов эти конструкции, не позволяют вс-ч следовать перестройку пучка в течение 1 импульс а и они не пригодны для исследо вания электронных пучков в действующих приборах.

Введение в электронный поток металлческих деталей приводит к искажению электростатических полей. На точность измерения О1йзывают влияние вторичные и отраженные электроны.

Наиболее близким к изобретению является измерительный: узел анализатора для исследования микроструктуры высокоэнергетических электронных пучков в наносекундном и пикосекундном диапазонах длительностей импульсов, содержащи мишень, вьшолненную из материала, обладающего свойством свечения под действием электронного пучка.

В известном устройстве используется специальный экран, покрытый люминофором, обработка данных основана либо на разложении светового изображения пят- на при помощи пластин со щелью, либо фотографирование на пленку с последующим фотометрированием. Разрешающая способность люл/ганофорньнс экранов при энергии электронного луча кэВ сое тавляет 1ОО пар линий/мм и падает с увеличением энергии пуча 12,

Однако указанные анализаторы обладают известными ограничениями в рассматриваемой области применения, поскольку: экраны, покрыты люминофором, позволяю наблюдать пучки с неболыдой плотностью энергии (до 1 Вт/см ), пропорциональност яркости свечения плотности тока электроного пучка сохраняется до плотности ток мА/см . с увеличением плотности тока яркость не возрастает из-за эффекта насыщения. Угольный или графитовый экран позволяет наблюдать пучки с большой плотностью энергии, однако яркость их свечения не пропорциональна плотности тока, люминофоры, а следовательно, и экраны обладают инерционностью, которая определяется временем разгорания и послесвечения. Минимальное значение этих величин составляет 1 1ОО не (люминофор К -80), чгго ограничивает их использование для анализа динамики распределения плотности тока в течение импульса в наносекундном, а тем более в пикосекундном диапазоне длительности импульса.

Целью изобретения является повышение пространственного и временного раз- |эешения распределения плотности тока электронного пучка в широком диапазоне pa6o4iLX напряжений и плотностей тока, а также оГюпт чение возможности исследования динамики распределения плотности тока в полном сечении электронного пучка в течение длительности импульса.

Цель достигается тем, что в измерительном узле анализатора для исследования микроструктуры высокоэнергетических электронных пучков в наносекундном и пикосекундном диапазонахдлительностей импульсов, содержащем мищень, выполненную, из материала, обладаюцего свойством свечения под действием исследуемого электронного пучка мшиень вьшолнена из полупроводникового материала, обладазсщего лазерным эффектом, причем на рабочей поверхности мищени, облучаемой электронным пучком, расположень раздепительньге канавки.

Мишень может быть вьтолнена из арсенида галлия.

На фиг. 1 представлен измерительный узел анализатора, работающий в режиме поперечной накачки (ось лазерного излучения перпендикулярна оси исследуемого электронного пучка), предназначенный для исследования электронных пучков в диапазоне энергий от 50 до Юр кэБ; на фиг. 2 - измерительный узел, работающий в режиме продольной накачки (ось лазерного излучения совпадает с осью исследуемого электронного пучка), предназначенный для исследования электронных пучков с энергией от 1ОО до 300 кэБ.

Измерительный узел анализатора представляет собой полупроводниковый монокристалл 1 в форме прямоугольного параллелепипеда (фиг. 1), две грани 2 которого образуют зеркала оптического резонатора, на грани 3, облучаемой исследуекпым электронным пучком 4, расположены разделительные канавки 5 с наперед заданным щагом. Излучение 6 выходит из граней.

На фиг. 2 представлена вторая конструкция измерительного узла анализатора, который содержит полупроводниковый кристалл 7 в форме прямоугольного параллелепипеда, две грани 8 и 9 которого образуют зеркала оптического резонатора. На грань 8, облучаемую исследуемым электронным пучком 1О, нанесено отражающее покрытие для создания оптического резонатора, на этой же грани 8 расположены разделительные канавки 11 с наперед заданным щагом, излучение 12 выходит из грани 9.

Разделительные канавки 5 и 11 служат для оптической развязки соседних элементов и их взаимного влияния на

излучающие характеристики. Канавки иэ готовляются с определенным шагом, что обеспечивает масштаб и разрешение при пространственных измерениях.

Современные методы фотолитографии позволяют получать излучающие элементы .с шагом 1П мкм.

Предлагаемый анализатор работает с/тедутсшим образом.

В первом случае (фиг. 1) пучок электронов, .сформированный исследуемой электронно-оптической системой, направляется на грань 3 полупроводникового монокристалла. Проникая в кристаллы на некоторую глубину, быстрые электроны тормозятся и возбуждают лазерное излучение, интенсивность которого пропорнцнопальна плотности тока. Излучение выходит из граней 2.

Во втором случае (фиг. 2) электронный пучок падает на кристалл в направлении, совпадающим с направлением генерируемого излучения, интенсивность которого также пропорциональна плотности тока накачки.

.Излучение коллектора исследуется методами высокоскоростной фотрхронографии, которые в насто$гщее время имеют разрушение 10 с.

В макете производится исследование характеристики .электронного пучка, разрабатываемого полупроводникового лазера с электронной накачкой типа КГП.

Измерительный узел анализатора выполнен из монокристалла арсенида галлия и имеет расстояние между зеркалами оптического резонатора LI 1 мм, толщина ( мкм. На грани, облучаемой исследуемым электронным пучком, нанесены разделительные канавки о шагом 30 мкм.

Исследуется распределение плотности тока в электронном пучке в диапазоне энергий ЗО-6О кВ, и плотностей тока 1-10 А/см при измерении длительности управляющих импульсов на сетке от 1О до 100 НС.

При исследовании макетного образца анализатора исследуется динамическая перестройка пространственного распреде ления плотности тока в зйвисимости от напряжения на управляющей сетке.

Предлагаемой изобретение дает возможность измерять пространственное и временное распределение плотности тпка в электронных пучках наносекундной и пикосекундной длительности.

10 Формула изобретения

с целью повышения пространственного и временного разрешений распределения плотности тока электронного.пучка в широком диапазоне рабочих напряжений и плотностей тока, а также обесдб еиия возможности исследования динамики распределени я плотности тока в полном сечении электронного пучка в течение длительности импульса, в качестве материала мишени использукгг полупроводниковый материал, обладающий лазерным эффектом, причем на рабочей поверхности мишени, облучаемой электронньш пучком, расположены разделительные канавки.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

(

потока. Труды конференций по алектроннбй технике, Ььт. 1, М., 1968, с. 128.

( I. i I