TWI404102B - 電子束槍 - Google Patents

Description

電子束槍

本發明係關於用於在沈積蒸發材料之薄膜期間所使用之電子束蒸發源類型的電子束槍。更特定言之，本發明係關於電子束槍之若干改良。

用於電子束蒸發源的電子束槍在此項技術中已為吾人所熟知。例示性之電子束槍係揭示於美國專利第5,182,488號中的彼等電子束槍，該案讓渡給BOC Group公司且以引用之方式併入本文中。

參看圖1，展示先前技術中的電子束槍。電子束槍10具備一陰極塊12，該陰極塊12具有彼此稍微隔開的兩個導電側面14及16。長絲18由兩個長絲夾20及22連接至長絲塊12之側面14及16，該兩個長絲夾20及22附加於陰極塊12之兩個側面14及16。兩個長絲匯流排28及30接著連接至長絲塊12之側面14及16，以便在陰極塊12之側面14及16，及因而長絲18上施加電流。電流促使長絲18發射電子。

長絲匯流排28及30接著連接至安裝桿40。藉由提供兩組絕緣墊圈對42及44使陰極塊16與安裝桿40絕緣。長絲塊之一者必須與安裝桿40絕緣，以防止陰極塊12之側面14及16分流。安裝桿40在其之末端處由通過絕緣體對52及54之螺釘接著連接至支撐桿46。絕緣體54以此項技術中熟知之方式滑進護罩52中。

提供陽極56以加速由長絲18發射的電子。陽極56在底部連接至陽極安裝托架58。陽極安裝托架58在其之末端處接著連接至支撐桿46。陽極56具有終止於長絲18前面的前邊緣66中的倒U形組態的頂部部分64。

提供一射束形成器68。射束形成器68經組態以屏蔽長絲18不受陽極56影響。射束形成器68定位於長絲18與陽極56之間，且具與陽極56基本相同之形狀。即，其具有終止於下邊緣72中的倒U形組態之頂部部分70，該下邊緣72在陽極56之下邊緣66與長絲18之間定位。

由射束形成器68提供的屏蔽促使由長絲18發射的電子在射束形成器68之頂部部分70下形成電子雲。結果，虛陰極由電子朝向陽極56之下邊緣66在以平坦帶狀組態的射束形成器68之下邊緣72下面通過來形成。當電子到達陽極56之下邊緣66時，已授予充分動能，使得帶狀射束不擊中陽極56且自電子束槍10發射。

在早期的先前技術中，射束形成器在單一個區域中形成且連接至陰極塊之一個側面。射束形成器之另一側面與陰極塊之另一側面絕緣以防止陰極塊分流。此之最終結果為，熱梯度在射束形成器內產生，其中射束形成器在陰極塊12的其之連接側面處最冷。

在此等早期的先前技術設備中，隨著電子束槍在其之使用壽命期間老化，在射束形成器內的熱梯度導致翹曲及平移及旋轉移動，其接著促使由長絲發射的電子直接產生電弧且撞擊陽極以及促使帶形射束變形而產生非均一的蒸發。

為了克服由射束形成器內之熱梯度引起的翹曲及平移及旋轉移動的缺陷，先前技術射束形成器68由用間隙78隔開的兩個區域74及76形成。射束形成器68之區域74及76獨立地連接至陰極塊12之側面14及16。

射束形成器偏轉由長絲所產生的電子，使得其經過陽極邊緣而不實際碰撞陽極。射束形成器或陽極之未對準可導致以陽極侵蝕或熔融之形式的損壞。

一組先前技術電子束槍使用一連接至支撐物部件或陰極塊之一者且離開支撐物部件或陰極塊之一者懸掛的射束形成器。在此組態中，射束形成器通常由陶瓷間隔件間隔離開鄰近的陰極塊且與鄰近的陰極塊絕緣。此等先前技術配置的問題之一係，射束形成器可由於在使用及熱循環期間的鬆開、彎曲或翹曲而變得未對準。因為射束形成器在此懸臂配置中僅在一個側面處固定且在熱的長絲上延伸，故射束形成器之未對準係有可能的。

在另一組先前技術電子束槍中且詳言之，上文所論述之電子束槍中，將射束形成器分成兩個區域，每一區域連接至其自身的支撐物部件。射束形成器之此組態係稍微較穩定的，因為其較短且非懸臂式的；然而，未對準的可能為相當大的。若在射束形成器的兩個半邊之間的間隙變得過大，則顯著量的電子可通過此間隙，此導致射束形成器邊緣的侵蝕及熔融以及陽極的熔融。此外，若射束形成器的兩個半邊歸因於使用及熱循環期間陰極塊或射束形成器的位移而與彼此接觸，則可能出現短路。在此等先前技術設計之兩者中，花費顯著的努力將射束形成器之臨界邊緣置放於正確位置中，因為其係自陰極塊之一單獨部分或多個部分。

另外，因為陽極為一具有遠離一單獨面(除了直接在射束形成器前面的臨界對準面之外)定位及在該單獨面上定位的支撐物之薄的結構，故陽極翹曲可進行至未對準點，其使電子束槍之效能降級。

本發明之電子束槍之組件部分之每一者及其之功能大體如在先前技術中所陳述，例外在下面論述並描繪於圖2－圖12中。

根據本發明之一個態樣，電子束槍100具備一包含兩個導電側面之陰極，該兩個導電側面為陰極塊102及具有射束形成器之陰極塊103。長絲109連接至塊102及塊103且由匯流排(buss bar)及長絲夾110直接固定於通道102a及103a中。與陰極塊103成整體的係射束形成器104。根據本發明之一個態樣，藉由將射束形成器104與陰極塊103整體地合併，且該陰極塊103大體上相比陰極塊102較大，熱量較容易地被引導遠離射束形成器104進入較大質量的陰極塊103中。因此，射束形成器104較不易於變得翹曲或熔融。另外，藉由將射束形成器104與陰極塊103合併，射束形成器較不易於變得與陰極塊不對準(如先前技術中)，射束形成器需要一扣件或一間隔件以保持其與陰極塊對準。另外，藉由將長絲109安裝至併有射束形成器104之陰極塊103，在電子束槍之操作壽命期間維持射束形成器與長絲之間改良的對準。

與在陰極塊103與陰極塊102之每一者中具有射束形成器之相等部分相反，在陰極塊103中併入射束形成器104(如圖2中所展示)防止在長絲109與陽極107之間電子的直接視距路徑。在陰極塊103射束形成器104與陰極塊102之間在圖10、11及12中描述為"A"之此偏移縫僅為一個實施例，其中射束形成器朝向或越過長絲之一個末端置放，以便於防止長絲與陽極107之間的直接視距路徑。此減低經由陰極塊之間的間隙的顯著電子流的機率，藉此排除歸因於侵蝕或熔融對射束形成器之最終損害。

如在圖2－圖5中展示，固定於陽極支撐物106之陽極107直接定位於射束形成器104前面，陽極支撐物106接著安裝於支撐物基部101。在陰極塊103與陰極塊102之間射束形成器104中的偏移縫A亦減低經由陰極塊之間的間隙的顯著電子流之機率，藉此減低對陽極107之最終損害。

根據本發明之另一態樣，陰極塊102與陰極塊103在鄰接表面上具備一凹口102b及一配合片103b(如最佳參見於圖11中)，以便於消除長絲109與基部101之間的直接視距。因為陰極塊102與陰極塊103之鄰接表面安置於長絲109下面，故藉此減低了電子通過陰極塊102與陰極塊103之鄰接表面之間的空間的機率。

在本發明之另一態樣中，面向長絲109之射束形成器104的內表面係拱形104a且與陰極塊103為整體，以便於防止在長絲109與長絲109上面、後面或下面的任何其他結構之間的直接視距。

包含具有(a)射束形成器104中之一偏移縫；(b)陰極塊之鄰接表面上之一凹口及配合片；及(c)射束形成器之一拱形內表面的陰極塊102及103的陰極塊組件包含一結構，該結構經良好密封以免於電子洩漏使得電子被適當地引導(如所要)朝向且經過陽極，且同時減低由於電子不合意地通過結構中的間隙而對電子束槍及周圍結構之組件造成損害的電位。

參看圖2，具有後護板107之陽極在其之末端的每一者處固定至陽極支撐物106，該等陽極支撐物106之基部安裝在支撐物基部101中。除了陽極支撐物106之外，陰極塊102及103安裝於絕緣支撐物基部101。根據本發明之另一態樣，提供單一個絕緣支撐物基部，且該單一個絕緣支撐物基部具有在電子束槍之臨界特徵之間的預定位置及精確對準，如在圖2及圖7中所展示。除了用於陽極支撐物106之每一者的預定輪廓101a之外，凹穴101b及101c形成基部101之表面以精確地定位及對準陰極塊102及103之配合底部輪廓。

凹穴101b及101c及凸塊101d在移動之兩個平面中提供陰極塊102及103的精確安置及對準，且一螺釘或至陰極塊的其他機械連接提供第三平面中的對準。藉由將陰極塊如此固定在支撐物基部中及對準支撐物基部，陰極塊在熱循環期間及之後保持在其之適當位置及相對方位中。另外，藉由將陰極塊102及103如此固定於支撐物基部101，達成為達成預定偏移縫A的精確安置，而不需要其由電子束槍之裝配者量測及設定。另外，基部101具有分隔牆101e、101f以進一步界定陰極塊102、103以及陽極支撐物106的精確定位及方位。

此等特徵之每一者在具有高負電壓電位之陰極塊102、103與通常為接地電位之陽極支撐物106之間的表面中呈現一不連續性，若不藉由產生一曲折路徑(其抑制沿著此一路徑的電弧傳播)來消除在此等結構之間產生電弧的可能性，此不連續性將個別地及整體地大大減少。

根據本發明之又一態樣，具有後護板之陽極107沿著在操作及熱循環期間最易受翹曲之表面而固定。因此，如在圖8中所展示，陽極107沿著表面107a在每一末端處固定至陽極支撐物106以避免邊緣107b移動。

根據優於先前技術的又一優點，如在圖2中所展示，長絲109之每一腳在匯流排110與陰極塊102及103之間直接固定在通道102a中及通道103a中。

在先前技術設計中，長絲通常固定在長絲夾與陰極塊之間，而匯流排連接至不同位置處的陰極塊。藉由將具有長絲末端的匯流排直接固定至陰極塊，熱區域中的電連接點之數目減少了50%。

根據本發明之另一態樣，陽極107及陽極支撐物106形成為一整體部分而非多個部分，以便於提高陽極結構之剛性、對準及冷卻(圖9)。整體陽極結構可包含陽極及陽極支撐物，或其亦可經包含以又進一步包括一後向護板。

雖然前述描述及圖式代表本發明之較佳實施例，但熟習該項技術者將顯而易見，在不脫離本發明之真實精神及範疇的情況下，在其中可得到各種改變及修改。

10．．．電子束槍

12．．．陰極塊/長絲塊

14．．．導電側面

16．．．導線側面

18．．．長絲

20．．．長絲夾

22．．．長絲夾

28．．．長絲匯流排

30．．．長絲匯流排

40．．．安裝桿

42．．．絕緣墊圈

44．．．絕緣墊圈

46．．．支撐桿

52．．．絕緣體/護罩

54．．．絕緣體

56．．．陽極

58．．．安裝托架

64．．．頂部部分

66．．．前邊緣/下邊緣

68．．．射束形成器

70．．．頂部部分

72．．．下邊緣

74．．．區域

76．．．區域

78．．．間隙

100．．．電子束槍

101．．．絕緣支撐物基部

101a．．．預定輪廓

101b．．．凹穴

101c．．．凹穴

101d．．．凸塊

101e．．．分隔牆

101f．．．分隔牆

102．．．陰極塊

102a．．．通道

102b．．．凹口

103．．．具有射束形成器之陰極塊

103a．．．通道

103b．．．配合片

104．．．射束形成器

104a．．．拱形

105．．．安裝托架

106．．．陽極支撐物

107．．．具有後護板之陽極

107a．．．表面

107b．．．邊緣

109．．．長絲

110．．．匯流排及長絲夾

A．．．偏移縫

圖1為先前技術之一電子束槍的透視圖，其中陽極部分脫離；圖2為本發明之電子束槍的分解圖；圖3為一展示於圖2中之電子束槍的俯視圖；圖4為一展示於圖2中之電子束槍的正視圖；圖5為一展示於圖2中之電子束槍的側視圖；圖6為一展示於圖2中之具有射束形成器之陰極塊的放大透視圖；圖7為一展示於圖2中之支撐物基部絕緣體的放大透視圖；圖8為一展示於圖2中之具有後護板之陽極的放大透視圖；圖9為一具有整體支撐物之一單片陽極的透視圖；圖10、圖11及圖12為本發明之電子束槍的展示陰極塊之間的間隙的正視、後視及透視圖。

100．．．電子束槍

101．．．支撐物基部

101a．．．預定輪廓

102．．．陰極塊

102a．．．通道

103．．．具有射束形成器之陰極塊

103a．．．通道

104．．．射束形成器

105．．．安裝托架

106．．．陽極支撐物

107．．．具有後護板之陽極

109．．．長絲

110．．．長絲夾

Claims (20)

1. 一種用於產生電子之電子束槍，其包含：一包含至少兩個陰極塊之電陰極，其中該兩個陰極塊之一第一者大體上比該兩個陰極塊之一第二者更大，且其中在該第一陰極塊內整體地形成一射束形成器，且在該第一陰極塊與該射束形成器之間未設置有安裝件，使得熱量被引導遠離射束形成器至該第一陰極塊。
2. 如請求項1之電子束槍，其中該射束形成器經調適以具有一內部拱形。
3. 如請求項2之電子束槍，其進一步包含一用於產生電子且安裝至該第一陰極塊之長絲。
4. 如請求項3之電子束槍，其進一步包含一陽極，且其中該第二陰極塊經安置以便於防止一在該長絲與該陽極之間之該等電子之直接視距路徑。
5. 如請求項4之電子束槍，其中該長絲具有一末端，且該射束形成器接近該長絲之該末端安置，以便於防止一在該長絲與該陽極之間之該等電子之直接視距。
6. 如請求項3之電子束槍，其進一步包含一陽極、陽極支撐物及一支撐物基部，且其中該陽極連接至該陽極支撐物，該等陽極支撐物連接至該支撐物基部，且該陽極接近該射束形成器之一前面部分。
7. 如請求項3之電子束槍，其進一步包含一用以支撐一陽極及該至少兩個陰極塊之支撐物基部，且其中該至少兩個陰極塊之一者具備一凹口，且該至少兩個陰極塊之另 一者經調適以具有一具有配合該凹口之組態之片，以便於防止一在該長絲與該支撐物基部之間之該等電子之直接視距。
8. 如請求項3之電子束槍，其進一步包含一陽極、一陽極支撐物及一支撐物基部，其中該支撐物基部包含單一絕緣部件，該單一絕緣部件具有用於接收該陽極支撐物之第一位置且進一步具有用於接收每一陰極塊之第二位置。
9. 如請求項8之電子束槍，其中該支撐物基部具有一第一對分隔牆，該第一對之每一者安置在該等第一位置之一對應者與該等第二位置之一對應者之間。
10. 如請求項9之電子束槍，其中該支撐物基部進一步包含一第二對分隔牆，每一分隔牆在該基部之一外邊緣處自該基部之表面在該第一對分隔牆之間延伸。
11. 如請求項10之電子束槍，其進一步包含一自該基部之該表面且在該等第二位置之間延伸之凸塊，用於將該等陰極塊之每一者之一底部部分連接至該等第二位置之一對應者之構件，使得抑制該等陰極塊在三個移動平面之每一者中之移動。
12. 如請求項8之電子束槍，其中該陽極進一步包含一後護板部分、一頂部及一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該表面具有一邊緣，且該兩個陰極塊之每一者沿著接近該邊緣及接近該陽極之相對末端安置之該表面固定至該陽極。
13. 如請求項9之電子束槍，其中該陽極進一步包含一後護板部分、一頂部及一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該表面具有一邊緣，且該兩個陰極塊之每一者沿著接近該邊緣及接近該陽極之相對末端安置之該表面固定至該陽極。
14. 如請求項10之電子束槍，其中該陽極進一步包含一後護板部分、一頂部及一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該表面具有一邊緣，且該兩個陰極塊之每一者沿著接近該邊緣及接近該陽極之相對末端安置之該表面固定至該陽極。
15. 如請求項11之電子束槍，其中該陽極進一步包含一後護板部分、一頂部及一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該表面具有一邊緣，且該兩個陰極塊之每一者沿著接近該邊緣及接近該陽極之相對末端安置之該表面固定至該陽極。
16. 如請求項8之電子束槍，其中該陽極包含一後護板部分、一頂部、一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該陽極支撐物進一步包含與該陽極整體地形成之兩個陽極支撐物。
17. 如請求項9之電子束槍，其中該陽極包含一後護板部分、一頂部、一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該陽極支撐物進一步包含與該陽極整體地形成之兩個陽極支撐物。
18. 如請求項10之電子束槍，其中該陽極包含一後護板部 分、一頂部、一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該陽極支撐物進一步包含與該陽極整體地形成之兩個陽極支撐物。
19. 如請求項11之電子束槍，其中該陽極包含一後護板部分、一頂部、一表面，且其中該頂部大體正交地連接至該後部分及該表面，且其中該陽極支撐物進一步包含與該陽極整體地形成之兩個陽極支撐物。
20. 如請求項3之電子束槍，其中該長絲包含兩個腳，該等陰極塊之每一者包含一用於接收該長絲之一腳之通道，且進一步包含將一對應長絲腳固定至一對應陰極塊之匯流排及長絲夾。