一種場致電子發射測試裝置的製作方法

2023-09-23 18:55:45

本實用新型屬於材料測試的設備領域，具體涉及一種場致電子發射測試裝置。

背景技術：

場致電子發射材料在場發射平板顯示器，毫米微米波器件，傳感器等的研究中佔有重要地位，顯示了良好的應用前景。在場發射材料的研究中，場致電子發射的測試技術尤為重要。

對於場致發射材料而言，環境氣氛，尤其是系統真空度是影響發射性能的重要因素之一。當高速電子與氣體分子碰撞時,氣體分子發生離化，電離出正負離子。電離出的正離子在電場力作用下以一定能量轟擊場發射材料表面，使發射尖端逐漸損毀，影響發射穩定性；而電離出的負離子在電場力的作用下向陽極運動，相對無空氣離化時負電荷數增加，導致測試數據偏差大，因此場致發射測試時對系統真空度的要求苛刻。由於普通的測試系統無法達到這樣高的真空度，目前場發射測試裝置通常由一個樣品室配備一套獨立的真空系統組成，佔用空間大，試驗成本高。並且，現有的場發射測試裝置通常每次只能測試一個樣品，如果要完成多個樣品的測試，則需要多次重複「充氣（破壞真空）→安裝樣品→抽真空→測試」的步驟。操作過程比較繁雜，測試效率低。此外，現有的場發射測試設備陽極固定、不易更換，不能滿足不同測試要求、不同尺寸樣品的場致發射測試。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足之處，本實用新型的目的在於提供一種場致發射測試裝置，它為一個獨立的測試系統，可以通過管道連接到實驗室現有的真空設備上，不需要配備獨立的真空系統；並且在真空腔室設置了多個樣品測試平臺，通過設計控制器結構，可以有效調節陽極位置，實現一個陽極對應測試多個陰極樣品，在不破壞真空的情況下實現對多個樣品進行測試；通過結構設計陽極夾具，方便更換陽極，以期滿足多種陰極樣品的測試要求，例如薄膜樣品和針尖樣品，從而達到降低成本、節省空間、操作方法簡單的要求。

本實用新型的目的通過下述技術方案實現：

一種場致電子發射測試裝置，包括真空腔室、真空連接機構、陽極部分和陰極部分；

所述真空腔室為圓筒型，頂部中心設置有法蘭，側壁設置有第一連接口，所述第一連接口與真空連接機構連接，所述真空腔室的側壁靠近底部位置設置有若干觀察窗；

所述陽極部分設置在真空腔室的上部，包括操作杆、控制器和陽極，所述操作杆安裝在真空腔室頂部法蘭中心，所述控制器安裝在操作杆上位於真空腔室的外側，所述陽極連接在操作杆的下端；

所述陰極部分包括繞真空腔室底部中心圓周設置的若干樣品臺、與樣品臺一一對應連接的接線柱，所述樣品臺之間設置有絕緣擋板進行分隔，所述接線柱穿過真空腔室底部並與外部導線連接，所述樣品臺包括固定支座和樣品架，所述樣品臺與真空腔室側壁的觀察窗位置相對應。

進一步的，所述真空連接機構為一個真空四通管，其中一個埠連接所述真空腔室的第一連接口，其餘埠分別連接真空閥門，真空計和真空波紋管。

作為優選，所述操作杆包括第一豎杆、第一橫杆和第二豎杆，所述第一豎杆安裝在法蘭中心，所述第二豎杆的軸心在所述樣品臺中心所在圓周的豎直面上，所述陽極固定在第二豎杆的底端。

為了更好的實施本實用新型，所述樣品臺的固定支座上有兩個定位銷，所述樣品架底面有兩個定位孔，固定支座的定位銷與樣品架的定位孔位置對應並能緊密配合連接，所述樣品架採用絕緣材料，所述樣品架上表面設置有銅片，所述銅片通過緊固螺釘連接在樣品架上。

更進一步的，所述操作杆末端設有螺紋，所述陽極通過螺紋與操作杆連接，所述陽極的幾何中心與樣品臺中心共軸；所述控制器控制操作杆進行旋轉和上下移動。

本實用新型較現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

1、本實用新型是一個獨立的真空腔室，使用時只需將其與實驗室現有真空設備（如磁控濺射或者真空熔煉爐等）連接，即可獲得場致發射測試的所需真空，不需要配備單獨的真空系統，解決了現有場發射測試設備投入成本高的問題。

2、本實用新型是通過在陰極部分上設置多個樣品臺來實現打開一次腔體安裝和測試多個樣品，解決了現有樣品測試效率低下的問題。

3、本實用新型結構簡單、操作使用方便、構思巧妙，能夠有效地解決現有技術中設備投入成本高、樣品測試效率低等問題，很好地解決了現有技術的不足，為材料的場致發射性能研究提供條件，同時節約成本，提高效率。

附圖說明

圖1本實用新型的結構示意圖；

圖2本實用新型的真空連接機構示意圖；

圖3本實用新型的A-A斷面俯視圖；

圖4本實用新型的樣品臺結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。

實施例

如圖1、圖2、圖3所示，一種場致電子發射測試裝置，包括真空腔室1、真空連接機構4、陽極部分和陰極部分；所述真空腔室1為圓筒型，頂部中心設置有法蘭3，側壁設置有第一連接口12，所述第一連接口12與真空連接機構4連接，所述真空腔室1的側壁靠近底部位置設置有若干觀察窗11；所述陽極部分設置在真空腔室1的上部，包括操作杆5、控制器2和陽極7，所述操作杆5安裝在法蘭3中心，所述控制器2安裝在操作杆5上位於真空腔室1的外側，所述陽極7連接在操作杆5的下端；所述陰極部分包括繞真空腔室1底部中心圓周設置的若干樣品臺8、與樣品臺8一一對應連接的接線柱10，所述樣品臺8之間設置有絕緣擋板6進行分隔，所述接線柱10穿過真空腔室1底部並與外部導線連接，所述樣品臺8包括固定支座81和樣品架82，所述樣品臺8與真空腔室1側壁的觀察窗11位置相對應。

進一步的，所述真空連接機構4為一個真空四通管，其中一個埠401連接所述真空腔室1的第一連接口12，埠402連接真空閥門，埠403連接真空計，埠404連接真空波紋管13。

作為優選，所述操作杆5包括第一豎杆501、第一橫杆502和第二豎杆503，所述第一豎杆501安裝在法蘭3中心，所述第二豎杆503的軸心在所述樣品臺8中心所在圓周的豎直面上，所述陽極7固定在第二豎杆503的底端。

為了更好的實施本實用新型，所述樣品臺8的固定支座81上有兩個定位銷811，所述樣品架82底面有兩個定位孔821，固定支座81的定位銷811與樣品架82的定位孔821位置對應並能緊密配合連接，所述樣品架82採用絕緣材料，所述樣品架82上表面設置有銅片822，所述銅片822通過緊固螺釘823連接在樣品架82上。

更進一步的，所述操作杆5末端設有螺紋，所述陽極7通過螺紋與操作杆5連接，所述陽極7的幾何中心與樣品臺8中心共軸；所述控制器2控制操作杆5進行旋轉和上下移動。

測試前，根據樣品9尺寸和測試要求，選擇特定導電陽極和絕緣膜一體化後組成陽極7，將陽極7安裝到操作杆5末端；

在使用本實用新型專利裝置進行測試時：

首先將連接真空連接機構4的埠401連接真空腔室1的第一連接口12，將真空閥門、真空計、真空波紋管13分別連接到真空連接機構4的埠402、埠403、埠404上，將真空波紋管13的另一端連接到實驗室現有真空設備的接口上，可採用法蘭或者卡套等連接方式；

取出樣品架82，將待測樣品9安裝在場致電子發射測試裝置陰極部分的樣品架82上，將銅片822壓到樣品9上並擰緊緊固螺釘823，然後把樣品架82安裝到固定支架81上，樣品架82上的定位孔821與固定支架81上的定位銷811對正；

打開真空閥門，啟動真空系統將真空腔室1內的氣體抽出，通過真空連接機構4的埠403連接的真空計來實時監控真空腔室1的真空狀態，使真空腔室1內達到測試真空度要求（例如10-4Pa）；

通過控制器2旋轉操作杆5，使操作杆5下端的陽極7正對樣品9，然後通過控制器2控制操縱杆5使陽極7向下移動，通過觀察窗11觀察陽極7的位置，直至陽極7放置在樣品9上；

電學測量儀的兩端通過導線分別連接待測樣品9所在樣品臺所連接的接線柱10和陽極7，此時測試迴路已經形成，通過電學測量儀完成場致電子發射測試；

測試完該樣品後，通過控制器2控制操縱杆5使陽極7向上移動，然後控制操作杆5旋轉，使陽極7對準下一個待測陰極樣品9，重複上述步驟，最終完成全部樣品的測試。

本實用新型為一獨立的測試裝置，可任意與其他真空設備連接，不需要配備單獨的真空系統，可以通過改變場致電子發射測試裝置中陽極7的尺寸和樣品臺8的數量實現多種尺寸、多個樣品的測試要求。陰極樣品9為薄膜時，或者測試發射均勻性能等，陽極7可選用透明導電薄膜（例如ITO薄膜等）；樣品尺寸較小（面積小於0.5mm²）時，陽極7可選用良導體材料（例如金屬銅等）。只需將陽極7加工成與操作杆5末端螺紋配套的尺寸，然後安裝在操作杆5末端就可實現測試多種尺寸樣品和滿足測試要求。

要說明的是，以上所述實施例是對本實用新型技術方案的說明而非限制，所屬技術領域普通技術人員的等同替換或者根據現有技術而做的其它修改，只要沒超出本實用新型技術方案的思路和範圍，均應包含在本實用新型所要求的權利範圍之內。