阅读说明：本技术 一种电子束发散角测量装置及其制备方法和测量方法 (Electron beam divergence angle measuring device and preparation method and measuring method thereof ) 是由 马玉田 刘俊标 韩立 赵伟霞 王鹏飞 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种电子束发散角测量装置及其制备方法和测量方法,包括荧光屏和钨微纳米图形,六羰基钨通过氦离子显微镜沉积在所述荧光屏上形成所述钨微纳米图形,所述钨微纳米图形为多个同心圆,同心圆的圆心位于所述荧光屏的中心处。利用氦离子显微镜离子辅助沉积,在荧光屏上构建钨微纳米图形,移动荧光屏时,电子束打在荧光屏的斑点形状及其大小将会发生变化,依据钨微纳米图形的尺寸和大小直接测量电子束束斑和电子束发散角。该装置具有多功能、测量精度高、操作简单等优点；制备方法具有精度高、易控制、工艺简单等优点。(The invention discloses an electron beam divergence angle measuring device and a preparation method and a measuring method thereof. The method comprises the steps of utilizing helium ion microscope ions to assist deposition, constructing a tungsten micro-nano pattern on a fluorescent screen, changing the shape and the size of spots of an electron beam on the fluorescent screen when the fluorescent screen is moved, and directly measuring the beam spot and the divergence angle of the electron beam according to the size and the size of the tungsten micro-nano pattern. The device has the advantages of multiple functions, high measurement precision, simple operation and the like; the preparation method has the advantages of high precision, easy control, simple process and the like.)

一种电子束发散角测量装置及其制备方法和测量方法

技术领域

本发明涉及电子束发散角测量技术领域，特别是涉及一种电子束发散角测量装置及其制备方法和测量方法。

背景技术

反射式高能电子衍射仪(RHEED)主要由电子枪和荧光屏组成，是当今表面科学和原子级的人工合成材料工程中的强有力的原位分析与监控的手段。为了提高电子衍射的分辨率，对电子束的发散角要求比较高，一般小于0.1mrad。测量电子束发散角的常规方法有荧光屏法、多缝法、单缝扫描法和胡椒孔法等，但这些方法存在测量精度不高。目前较为先进的方法是切伦科夫辐射法，如文献“高亮度电子束发射度、束长和束斑的先进测量方法研究(清华大学博士论文，2008)”和专利“一种电子束发散角分布测量装置及测量方法(CN106970411A)中介绍了切伦科夫辐射法测量电子束发散角，但是这种测量方法对实验装置的准直性要求极高，存在系统调节复杂，不易在测量现场开展等问题，不适合反射式高能电子衍射仪的电子束发散角的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子束发散角测量装置及其制备方法和测量方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用微纳加工技术在荧光屏上构建微纳米图形，不仅能测量电子束发散角，还可以测量电子束束斑等参数，具有多功能、测量精度高、操作简单等优点；制备方法具有精度高、易控制、工艺简单等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种电子束发散角测量装置，包括荧光屏和钨微纳米图形，六羰基钨通过氦离子显微镜沉积在所述荧光屏上形成所述钨微纳米图形，所述钨微纳米图形为多个同心圆，同心圆的圆心位于所述荧光屏的中心处。

优选的，所述荧光屏的形状为正方形，其边长为20-30mm，厚度为1-3mm。

优选的，所述荧光屏的边长为25mm，厚度为2mm。

优选的，所述六羰基钨沉积得到的钨线，钨线的形状为圆柱形，直径为50-150nm；所述同心圆由所述钨线形成。

优选的，所述钨线的直径为100nm。

优选的，所述钨微纳米图形的多个同心圆中圆的最小半径为10μm，最大半径150μm；相邻两同心圆的半径间隔10-20μm。

优选的，所述氦离子显微镜的离子辅助沉积功能采用氦离子源，加速电压为25-30kV，束流为5-10pA。

本发明还一种电子束发散角测量装置的制备方法，包括以下步骤：

1)荧光屏表面清洗：将荧光屏放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10-3Pa以下时，采用离子进行3-5分钟的清洗，去除荧光屏表面的氧化物和污染物；

2)钨微纳米图形制备：在所述荧光屏清洗完毕后，所述氦离子显微镜的工作条件为加速电压为25-30kV，束流为5-10pA，以所述荧光屏的中心位置为圆心，采用氦离子源按照最小半径为10μm、最大半径150μm、半径间隔10-20μm的同心圆沉积直径为50-150nm的六羰基钨，即得到电子束发散角测量装置。

本发明还提供一种电子束发散角的测量方法，应用于上述的电子束发散角测量装置，包括以下步骤：

调整电子束打在荧光屏的斑点位置，使其在所述荧光屏的中心位置，斑点的尺寸由所述荧光屏的钨微纳米图形标尺测量读出，采用纳米工件台沿着电子束的入射方向前后移动所述荧光屏，移动的距离由工件台的步距读出，电子束打在所述荧光屏上的光斑尺寸同样由所述荧光屏的钨微纳米图形标尺测量出，计算光斑大小的变化值与所述荧光屏的移动距离的比值，这个比值为电子束发散角的正切值，由三角函数的正切值算出电子束的发散角。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的反射式高能电子衍射仪电子束发散角测量装置利用氦离子显微镜离子辅助沉积，在荧光屏上构建钨微纳米图形，移动荧光屏时，电子束打在荧光屏的斑点形状及其大小将会发生变化，依据微纳米图形的尺寸和大小直接测量电子束束斑和电子束发散角。该装置具有多功能、测量精度高、操作简单等优点；制备方法具有精度高、易控制、工艺简单等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为电子束发散角测量装置的整体结构示意图；

图2为形成钨微纳米图形的钨线的截面图；

其中，1荧光屏；201钨微纳米图形；202钨线；203荧光屏的中心位置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电子束发散角测量装置及其制备方法和测量方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用微纳加工技术在荧光屏上构建微纳米图形，不仅能测量电子束发散角，还可以测量电子束束斑等参数，具有多功能、测量精度高、操作简单等优点；制备方法具有精度高、易控制、工艺简单等优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-2所示，本实施例提供一种电子束发散角测量装置，该测量装置应用于反射式高能电子衍射仪，装置包括荧光屏1和钨微纳米图形201，荧光屏1为常规荧光屏，形状为正方形，边长为20mm，；厚度为1mm。钨微纳米图形201为多个同心圆，同心圆的最小半径为10μm，最大半径150μm，半径间隔10μm，其中同心圆为六羰基钨沉积得到的钨线202所形成的，钨线202的形状为圆柱形，直径为50nm。

用于反射式高能电子衍射仪电子束发散角的测量装置的制备方法，包括以下步骤：

1、荧光屏1表面清洗：将荧光屏1放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10^-3Pa以下时，采用离子进行清洗3分钟，去除荧光屏1表面的氧化物和污染物；

2、钨微纳米图形201制备：在荧光屏1清洗完毕后，氦离子显微镜的工作条件为加速电压为25kV，束流为5pA，以荧光屏的中心位置203为圆心，采用氦离子源按照最小半径为10μm、最大半径150μm、半径间隔10μm的同心圆沉积直径为50nm的六羰基钨，即得到电子束发散角的测量装置。

电子束发散角测量装置的测量方法，包括以下步骤：

调整电子束打在荧光屏1的斑点位置，使其在荧光屏的中心位置203，斑点的尺寸由荧光屏1的钨微纳米图形201标尺测量读出，采用纳米工件台沿着电子束的入射方向前后移动荧光屏1，移动的距离由工件台的步距读出，电子束打在荧光屏1上的光斑尺寸同样由荧光屏1的钨微纳米图形201标尺测量出，计算光斑大小的变化值与荧光屏1的移动距离的比值，这个比值为电子束发散角的正切值，由三角函数的正切值算出电子束的发散角。

实施例二

本实施例中电子束发散角的测量装置，如图1所示，包括荧光屏1和钨微纳米图形201。荧光屏1为常规荧光屏，形状为正方形，边长为20-30mm；厚度为3mm。钨微纳米图形201为同心圆，最小半径为10μm，最大半径150μm，半径间隔20μm，其中六羰基钨沉积得到的钨线202，形状为圆柱形，直径为150nm。

用于反射式高能电子衍射仪电子束发散角的测量装置的制备方法，包括以下步骤：

1、荧光屏1表面清洗：将荧光屏1放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10^-3Pa以下时，采用离子进行清洗5分钟，去除荧光屏1表面的氧化物和污染物；

2、钨微纳米图形201制备：在荧光屏1清洗完毕后，氦离子显微镜的工作条件为加速电压为30kV，束流为10pA，以荧光屏的中心位置203为圆心，采用氦离子源按照最小半径为10μm、最大半径150μm、半径间隔20μm的同心圆沉积直径为150nm的六羰基钨，即得到电子束发散角的测量装置。

实施例三

本实施例的电子束发散角的测量装置，如图1所示，包括荧光屏1和钨微纳米图形201。荧光屏1为常规荧光屏，形状为正方形，边长为25mm；厚度为2mm。钨微纳米图形201为同心圆，最小半径为10μm，最大半径150μm，半径间隔15μm，其中六羰基钨沉积得到的钨线202，形状为圆柱形，直径为100nm。

用于反射式高能电子衍射仪电子束发散角的测量装置的制备方法，包括以下步骤：

1、荧光屏1表面清洗：将荧光屏1放在氦离子显微镜里面，待真空抽至10^-3Pa以下时，采用离子进行清洗4分钟，去除荧光屏1表面的氧化物和污染物；

2、钨微纳米图形201制备：在荧光屏1清洗完毕后，氦离子显微镜的工作条件为加速电压为28kV，束流为8pA，以荧光屏的中心位置203为圆心，采用氦离子源按照最小半径为10μm、最大半径150μm、半径间隔15μm的同心圆沉积直径为100nm的六羰基钨，即得到电子束发散角的测量装置。

综上所述，本发明中的测量装置利用氦离子显微镜离子辅助沉积，在荧光屏1上构建钨微纳米图形201，移动荧光屏1时，电子束打在荧光屏1的斑点形状及其大小将会发生变化，依据钨微纳米图形201的尺寸和大小直接测量电子束束斑和电子束发散角。该装置具有多功能、测量精度高、操作简单等优点；制备方法具有精度高、易控制、工艺简单等优点。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。