1 中国科学院电工研究所，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
环境扫描电子显微镜（ESEM）能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差，采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率增加等问题，最终影响成像分辨率和效率。针对这些问题，本文从电子光学理论出发，综合考虑了ESEM中物镜结构和真空差分结构，将两者结合在一起进行优化设计，提出了一种具有可变真空结构的物镜设计方法，并搭建了实验平台，开展了物镜磁场测试、真空压差测试和分辨率测试。测试结果表明，在目前实验条件和133 Pa的低真空环境模式下，工作距离为15 mm时，20 μm×20 μm的扫描场对应的成像分辨率优于50 nm。
电子光学 物镜 可变真空结构 压差光阑 节流管
1 中国科学院电工研究所，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
目前，国产大功率端窗X射线管存在束流和功率小于设计值的问题。从热电子发射理论和空间电荷受限发射理论出发，对大功率端窗X射线管的束流进行优化研究。在理论仿真中，计算两种理论模型下的电子束轨迹、束流大小和靶面焦斑。计算分析表明，现有问题主要是灯丝附近的电势分布不合理造成的。基于这一分析，对现有结构提出两种优化方案：一种不改变现有结构仅通过改变灯丝电势来克服灯丝附近的空间电荷效应；另一种通过改变灯丝位置来使灯丝附近的加速电压分布更加合理。基于这两种优化方案，再次进行仿真计算，计算结果显示，两种方案可以有效提高现有大功率X射线管的束流。最后设计了验证性实验，测得了该结构在额定最大灯丝电流下的温度限制束流大小，并验证了仿真计算的准确性，同时也验证了提出的两种优化方案的可行性。
X射线源 空间电荷限制 热电子发射 性能优化 光学学报
2023, 43(22): 2234001
1 中国科学院电工研究所，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
棒阳极X射线源能够深入到被检物内部进行无损检测，是具有小孔腔特征的金属管壁零部件的可靠性检测的首选方法。具有良好电子光学设计的聚焦系统是棒阳极X射线源获得高分辨率检测的关键之一。首先，从电子光学理论出发，结合棒阳极X射线源的结构特点建立了聚焦系统模型。然后，优化了聚焦系统模型的电子光学参数。最后，搭建了样机，并进行了分辨率测试实验。仿真与实验结果均表明，在50~130 kV加速电压下，样机的分辨率优于50 μm。
X射线光学 棒阳极 长工作距离 电子光学 光学学报
2022, 42(22): 2234001
光学 精密工程
2022, 30(18): 2232
1 中国科学院 电工研究所，北京0090
2 中国科学院大学，北京100049
曝光工艺中经离心涂敷后抗蚀剂胶层的均匀性对曝光线宽有很大的影响。为了得到高速旋转下抗蚀剂胶体在凹面衬底上所形成膜层厚度的均匀性，在凹面衬底上建立了非牛顿流体微元经离心旋转的流体动力学模型。根据对应的边界条件、非牛顿流体的本构方程和连续性方程，推导并得到了流体性质、曲面面形、旋转速度和时间等因素与最终厚度的关系式。使用流变仪对950 K PMMA C 2%抗蚀剂的流体性质进行标定，在凹面衬底上以旋转速度为单一变量进行离心涂胶实验，使用光谱椭圆偏振仪测量离心后随矢量半径变化的胶体厚度，并与理论推导进行对比。实验结果表明：旋转速度在2 000 r/min时，理论厚度为267 nm，实验所测厚度为230 nm，偏差比率为13.86%；旋转速度在3 000 r/min时，理论厚度为178 nm，实验所测厚度为172 nm，偏差比率为3.37%。考虑到涂胶后，前烘工艺会进一步减小胶层厚度，偏差在正常范围内。本文建立的数学模型具有较好的预见性，可以对胶体经旋转离心后的均匀性提供理论指导。
电子束曝光 离心涂胶 非牛顿流体 胶层厚度 曲面 electron beam lithography spin-coating non-Newtonian fluid layer thickness curved surfaces
1 中国科学院电工研究所超导与新材料应用研究实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
微焦点X射线源是微计算机断层扫描技术设备的核心部件。研究了电子束在靶材中的横向扩散引起的透射式微焦点射线源的焦点尺寸和强度的变化规律。结果表明:当打靶电子束的束流密度遵循高斯分布时,其产生的X射线强度也遵循高斯分布,该分布的标准差可以用来精确表示X射线的焦点尺寸;当靶材厚度可以使沉积电子束的能量达到60%时,对应的靶材产生的X射线强度最高;随着靶材厚度增加,X射线的焦点尺寸逐渐变大;增大电子束的加速电压可以适当减小X射线的焦点。本研究为透射式微焦斑X射线源的靶材选择和设计提供了理论依据。
X射线光学 微计算机断层扫描技术 X射线焦点 电子束 扩散
1 中国科学院电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对痕量气体的连续检测, 二次谐波背景信号会随着半导体激光器管壳温度变化产生漂移, 使得二次谐波波形无法保持稳定, 对测量结果产生误差。 基于TDLAS原理, 解释了二次谐波背景信号的产生, 分析了背景信号的来源和背景漂移对测量结果的影响, 通过对背景信号的扣除获得标准的二次谐波波形, 设计并搭建了一套高精度恒温控制系统, 此系统搭载了风冷以及水冷模块进行辅助控温, 控制精度达到±0.1 ℃, 选取了1 796和1 653 nm波长的DFB半导体激光器, 通过控制两只激光器在20～44 ℃温度条件下来回变动, 温度间隔为2 ℃, 对获得的二次谐波背景信号进行了实验研究。 研究表明: 随着半导体激光器管壳温度上升, 背景信号发生红移, 反之发生蓝移； 实验中温度每变化2 ℃, 1 796和1 653 nm的DFB激光器的背景信号分别产生了约3.2和2.67 pm波长漂移； 通过对半导体激光器进行控温封装, 实现对半导体激光器管壳的恒温控制, 可以有效地消除室温变化引起的背景信号漂移, 维持测量系统的稳定性, 提高痕量气体检测的精度和准确度。
气体检测 背景信号漂移 温度特性 Gas detection TDLAS TDLAS Background signal drift Temperature characteristic 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1670
1 中国科学院微电子研究所 微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
2 中国科学院电工研究所, 北京 100190
自行设计并搭建了一套全自动荧光粉涂覆系统。针对涂覆工艺, 研究了有无真空搅拌除泡装置对荧光粉涂覆效果的影响, 结果发现未经真空搅拌除泡处理的荧光粉涂覆层厚度均匀性较差, 且涂覆层中有明显的气泡, 气泡直径可达1mm; 经过真空搅拌除泡处理后涂覆层厚度均匀性好且涂覆层中无气泡。利用LED光学参数综合测试仪分析了有无真空搅拌除泡装置对LED发光特性的影响, 结果发现真空搅拌除泡工艺能明显提升LED光谱色度一致性。
荧光粉涂覆 真空搅拌除泡装置 LED LED phosphor coating bubble-removing device
为了研究惯性冲击机构中的旋转运动,设计了一台可调节预压力的旋转型压电惯性冲击马达。分析了该马达的运动原理及过程,研究了驱动信号、结构参数、压电元件等对马达运动特性的影响及规律。实验结果表明,该马达的转动速度与驱动信号的频率、电压成正比,与主体和配重的比值(M/m)成反比,转动速度随压电元件充放电时间增加而减小。研究还显示,旋转型惯性冲击马达的机械特性和正反转特性不同于电磁马达,该马达的转动速度-转矩特性为一折线,马达的正向转动速度始终大于反向速度。当驱动信号频率为1 100 Hz、电压为50 V、充电时间为70 μs、M/m=8.9时,该马达的转动速度为1.75 °/s,最大转矩为0.13 N·m。结果表明,旋转型惯性冲击马达是一个多变量系统,其运动性能受多种因素的控制。
惯性冲击马达 压电马达 旋转运动 工作特性 impact drive mechanism piezo motor rotation motion operating characteristic
