CN119650388A - 一种高压穿通组件及具有其的扫描电子显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及扫描电镜技术领域，公开了一种高压穿通组件及具有其的扫描电子显微镜。高压穿通组件适于密封安装在扫描电子显微镜上，高压穿通组件包括：穿通套管，其一端设置有内凹插口，另一端封闭设置，穿通套管封闭的一端固定安装有多个导电电极；导电线缆，安装在穿通套管内，导电线缆沿穿通套管的轴向延伸并适于延伸至导电线缆外，导电线缆与导电电极导电连接；连接件，固定安装在穿通套管的外侧壁，连接件适于与扫描电子显微镜上配合件配合真空密封。高压穿通组件可拆卸安装在扫描电子显微镜上，在对扫描电子显微镜进行维护搬运时，使连接件与配合件之间相互分离，从而对电子枪腔室和导电线缆分别搬运维护。

Description

一种高压穿通组件及具有其的扫描电子显微镜

技术领域

本发明涉及扫描电镜技术领域，具体涉及一种高压穿通组件及具有其的扫描电子显微镜。

背景技术

扫描电子显微镜是通过电子枪发射电子束，电子束经磁透镜聚焦之后，在样品表面作光栅状扫描，对电子和样品表面相互作用产生的信号进行检测，达到分析样品的成分、形貌及结构的目的。扫描电子显微镜是一种精密科学仪器，能够在微观领域进行高分辨率观察。为实现更高的分辨率，通常采用场发射阴极作为电子源。场发射电子枪需在超高真空条件下工作，通常由五个电极组成：阴极、栅极、吸出极、聚焦极和阳极。其最高电压可达几十千伏，使得电子获得一定能量，并聚焦形成电子束。

然而，扫描电子显微镜的内部环境既需满足严格的真空条件，又需实现高压馈通，即确保高压电能够在超高真空与大气环境之间有效导入。因此，现有技术中的扫描电子显微镜通常采用一体式灌封设计，将高压输电线与扫描电子显微镜外壳灌封成型为一体结构，以实现超高真空条件下的高压馈通。然而，高压输电线在与外壳灌封成一体后，高压输电线将不可拆卸性，导致在拆装扫描显微镜时始终有一根电缆连接线。不仅不便于操作和运输，还增加了维修的复杂性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高压穿通组件及具有其的扫描电子显微镜，以解决现有技术中扫描电子显微镜的高压显微不可拆卸的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种高压穿通组件，适于密封安装在扫描电子显微镜上，高压穿通组件包括：

穿通套管，其一端设置有内凹插口，另一端封闭设置，穿通套管封闭的一端固定安装有多个导电电极；

导电线缆，插接安装在内凹插口内，导电线缆沿穿通套管的轴向延伸并适于延伸至导电线缆外，导电线缆与导电电极导电连接；

连接件，固定安装在穿通套管的外侧壁，连接件适于与扫描电子显微镜上配合件配合真空密封。

在使用时，高压穿通组件密封安装在扫描电子显微镜上，以为扫描电子显微镜在真空密封条件下通入高压电。在扫描电子显微镜上安装时，穿通套管设置有导电电极的一端延伸到扫描电子显微镜的电子枪腔室内，通过将导电线缆一端与导电电极连接，另一端延伸到外部与供电电源接通，利用导电电极对电子枪腔室中的电子枪提供高压电。通过灌封等方式将导电线缆与穿通套管之间密封，然后利用连接件与扫描电子显微镜上的配合件真空密封配合，从而实现对电子枪腔室的真空密封。高压穿通组件内，通过穿通套管、导电线缆、导电电极以及连接件配合，实现了保证高压穿通组件在与电子枪腔室密封配合的同时为电子枪腔室内部提供高压供电。在对扫描电子显微镜进行维护搬运时，使连接件与配合件之间相互分离，即可将高压穿通组件从电子枪腔室上取下，进而使用于供电的导电线缆与电子枪腔室分离，从而对电子枪腔室和导电线缆分别搬运维护。

在一种可选的实施方式中，穿通套管内靠近内凹插口出口端的一端固定安装有连接环，连接环套设在导电线缆外，连接环的轴线与穿通套管的轴线重合。通过连接环对导电线缆的延伸方向进行限位，并防止因导电线缆弯折造成导电线缆与穿通套管之间的灌封密封效果失效。

在一种可选的实施方式中，连接环与导电线缆固定连接。避免导电线缆在移动过程中带动导电电极移动，保证导电电极在电子枪腔室内与电子枪本体配合导电连接的稳定性。

在一种可选的实施方式中，多个导电电极沿圆周方向间隔布置。场发射电子显微镜的热场发射电子枪通常包含五个电极：阴极、栅极、吸出极、聚焦极和阳极。其中，阳极接地，阴极需连接两个电极以确保通电。五个电极之间的电压需要严格控制，同时应考虑电极间的距离，以避免放电现象。因此，将多个导电电极沿圆周方向排布，并保证相邻导电电极之间的间距在安全间距以上，从而保证电气安全。优选地，将五个导电电极的圆心沿同一圆周均匀排列。

在一种可选的实施方式中，导电电极呈圆柱状，导电电极端部倒设有圆角，导电电极设计为圆角形状，以避免棱角，并确保其表面粗糙度达到良好标准，能够避免在导电电极上形成尖端放电，进一步降低放电风险。

在一种可选的实施方式中，穿通套管为陶瓷件，连接件为金属件，穿通套管与连接件之间通过过渡金属焊接连接，由于陶瓷件与金属件之间的热膨胀系数差异较大，选用过渡金属作为连接材料，以有效缓解热应力并提高二者连接的可靠性。

在一种可选的实施方式中，穿通套管的开口端设置有限位台阶，导电线缆上设置有配合台阶，配合台阶与限位台阶抵接配合，以对导电线缆进入到穿通套管内部的长度进行限定，保证导电线缆位于穿通套管内的长度与穿通套管的长度相匹配，避免导电线缆在穿通套管内产生内应力，保证穿通套管与导电线缆之间密封的稳定性。

第二方面，本发明还提供了一种扫描电子显微镜，具有本发明所述的高压穿通组件。因为扫描电子显微镜包括高压穿通组件，具有与高压穿通组件相同的效果，在此不再赘述。

在一种可选的实施方式中，还包括电子枪腔室，其上设置有安装套管，穿通套管同轴安装在安装套管内，穿通套管与安装套管密封配合，穿通套管设置有导电电极的一端延伸至电子枪腔室内。通过设置安装套管对穿通套管进行安装，延长穿通套管在电子枪腔室上安装时的配合安装长度，提升穿通套管在电子枪腔室上安装的密封稳定性。

在一种可选的实施方式中，安装套管外固定安装有配合件，配合件与连接件真空密封连接。通过将配合件安装在安装套管上，使得连接件与配合件之间在安装套管上密封配合，延长穿通套管与电子枪腔室密封配合的连接长度，增加穿通套管与电子枪腔室之间的密封稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的高压穿通组件与电子枪腔室配合安装的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的高压穿通组件的端部结构示意图。

图3为图2中A-A方向的剖视图。

附图标记说明：1、穿通套管；2、导电线缆；3、导电电极；4、连接件；5、连接环；6、电子枪腔室；7、安装套管；8、配合件；9、过渡金属。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

下面结合图1至图3，描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，一方面，提供了一种高压穿通组件，其适于可拆卸安装在扫描电子显微镜上，高压穿通组件包括穿通套管1、导电线缆2和连接件4。

高压穿通组件安装在扫描电子显微镜上，以实现扫描电子显微镜在真空密封环境下的高压电接入。高压穿通组件包括一端设置有内凹插口、另一端封闭的穿通套管1，在穿通套管1的封闭端固定安装有多个导电电极3。导电线缆2插接安装在穿通套管1的内凹插口内部，且导电线缆2沿穿通套管1的轴向延伸，导电线缆2一端与导电电极3导电连接，另一端延伸至穿通套管1外后与供电电源导电连接。导电线缆2与穿通套管1的开口端密封配合。在穿通套管1外侧壁固定安装有作为连接件4的刀口法兰，连接件4用于与扫描电子显微镜上的作为配合件8的另一刀口法兰紧密配合以实现真空密封。

高压穿通组件在扫描电子显微镜上安装时，穿通套管1带有导电电极3的一端延伸至电子枪腔室6内。导电线缆2的一端与导电电极3相连，另一端则延伸至外部与供电电源接通，从而通过导电电极3向电子枪腔室6内的电子枪提供所需的高压电。为确保密封性，导电线缆2与穿通套管1之间采用灌封等手段进行密封处理。同时利用连接件4与扫描电子显微镜的配合件8进行真空密封配合，确保电子枪腔室6的真空环境不受影响。高压穿通组件通过穿通套管1、导电线缆2、导电电极3以及连接件4的协同作用，保证了与电子枪腔室6的密封配合，还实现了为电子枪腔室6内部提供稳定的高压供电。在需要对扫描电子显微镜进行维护或搬运时，只需将连接件4与配合件8分离，即可轻松地将高压穿通组件从电子枪腔室6上拆下，从而使供电的导电线缆2与电子枪腔室6分离，便于对电子枪腔室6和导电线缆2分别进行搬运和维护。在确保扫描电子显微镜在高压供电和真空密封方面的稳定性和可靠性的前提下，提高了扫描电子显微镜搬运维护操作的便捷性。

其中，为了防止导电线缆2或导电电极3在工作时发生漏电或短路，且为了保证穿通套管1与金属件固定焊接，本实施例中将穿通套管1设置为陶瓷件。为了减少材料的放气率，在穿通套管1内侧采用镀釉工艺涂覆有镀釉层，以保证穿通套管1的真空维持性能。导电电极3选用金属电极，通过过渡金属焊接的方式将导电电极3与穿通套管1固定连接。

在一个实施例中，穿通套管1内部邻近内凹插口出口端的一端，固定设置有一个连接环5。连接环5紧密包裹在导电线缆2的外围，连接环5的轴线与穿通套管1的轴线重合，以确保连接环5与穿通套管1之间同轴设置，使得连接环5能够有效限制导电线缆2的延伸方向，避免导电线缆2在穿通套管1内的无序移动，增强导电线缆2与穿通套管1之间结构的整体性。更重要的是，通过设置连接环5，能够有效预防因导电线缆2的不当弯折而导致的导电线缆2与穿通套管1间灌封密封效果的减弱或失效，维护导电线缆2与穿通套管1构成的电气系统的安全性能与长期可靠性。作为可替代的实施方式，在连接环5与导电线缆2之间还可以增设一层弹性缓冲材料，如硅胶套，以进一步提升对导电线缆2的保护作用，同时提供更加良好的密封效果。

在一个实施例中，连接环5与导电线缆2之间固定连接，以防止在导电线缆2移动或受到外力作用时，可能引发的导电电极3位移现象，从而确保导电电极3在电子枪腔室6内能够维持与电子枪本体之间稳定且可靠的导电连接。提升电子枪本体的工作稳定性，减少因连接不良导致电子枪性能下降或故障风险。具体地，连接环5与导电线缆2之间可以通过焊接、机械锁紧或利用粘合剂粘接等方式，将连接环5与导电线缆2进行紧密固定，以保障高压穿通组件的稳定性能。

在一个实施例中，多个导电电极3沿圆周方向配置，场发射电子显微镜中的热场发射电子枪通常包括阴极、栅极、吸出极、聚焦极以及阳极五个关键电极。阳极作为接地电极，确保电流的有效导出，阴极连接至两个电极以维持通电状态。为了确保电子枪的高效运行与电气性能的稳定性，五个电极间的电压调控需严格控制，同时，相邻电极直接的间距也需严格遵守安全标准，以避免放电现象。为此，沿圆周均匀排布各导电电极3，且相邻电极间保持大于安全间距。作为替代的实施方式，五个电极的圆心位于同一圆周上但不均匀分布，通过微调电极位置，实现更为紧密且高效的电场分布，从而在确保电气安全的同时，进一步提升电子枪的整体性能与稳定性。

在一个实施例中，导电电极3设置为圆柱状，且其端部进行倒圆角处理，以消除导电电极3的棱角，同时确保导电电极3表面的粗糙度达到良好标准。通过采用圆角形状设计，能够有效防止在导电电极3表面形成尖端放电，从而降低放电风险。作为替代的实施方式，导电电极3还可以为圆台形、棱柱形、棱台形等长条状结构，在导电电极3的棱角处倒圆角处理。

在一个实施例中，穿通套管1为陶瓷件，连接件4为金属件，穿通套管1与连接件4之间通过过渡金属9焊接连接，由于陶瓷件与金属件之间的热膨胀系数差异较大，选用过渡金属9作为连接材料，以有效缓解热应力并提高二者连接的可靠性。

在一个实施例中，穿通套管1的开口端设置有限位台阶，导电线缆2上设置有配合台阶，配合台阶与限位台阶抵接配合，以对导电线缆2进入到穿通套管1内部的长度进行限定，保证导电线缆2位于穿通套管1内的长度与穿通套管1的长度相匹配，避免导电线缆2在穿通套管1内产生内应力，保证穿通套管1与导电线缆2之间密封的稳定性。

本实施例提供的高压穿通组件，能够满足场发射电子枪在超高真空环境下的高压馈通要求，同时具备良好的稳定性，并方便运输和维修。高压穿通组件在设计时考虑以下要求：需实现五根电极的通电，同时确保五个电极之间的安全距离，并保证五个接电柱与零电位外壳之间的安全性；为了获得超高真空，需要进行烘烤操作，温度一般在200℃，高压穿通组件在选材和加工上充分考虑了耐高温性，可耐250℃的高温；电子枪需要在超高真空环境中工作，高压穿通组件需要有一定的密封性，漏率满足超高真空的使用条件；便于维修和运输，高压穿通组件可以进行插拔，方便维修和运输。高压穿通组件不仅能实现真空密封，还具备耐高压和耐高温的特性。其中五个接电柱形式的导电电极3的中心以圆周的形式分布在作为穿通套管1的瓷瓶上，经过计算确保导电电极3之间及与穿通套管1外侧壁之间保持安全距离，以便在高电压下稳定使用。穿通套管1与作为连接件4的刀口法兰通过焊接连接，确保良好的密封性。在使用过程中，电子枪位于电子枪腔室6内部，扫描电子显微镜在工作时，电子枪腔室6内保持超高真空环境，高压穿通组件通过作为连接件4的刀口法兰与电子枪腔室6上焊接好的作为配合件8的另一刀口法兰连接。电子枪的阴极、栅极、吸出极和聚焦极通过真空内专用导线与真空的电子枪腔室6内部的电子枪相连，穿通套管1外一侧通过导电线缆2与高压电源的连接实现电源的供给。

根据本发明的实施例，另一方面，还提供了一种扫描电子显微镜，具有本发明所述的高压穿通组件。高压穿通组件用于可拆卸安装在扫描电子显微镜上，以为扫描电子显微镜在真空密封条件下通入高压电。在扫描电子显微镜上安装时，穿通套管1设置有导电电极3的一端延伸到扫描电子显微镜的电子枪腔室6内，通过将导电线缆2一端与导电电极3连接，另一端延伸到外部与供电电源接通，利用导电电极3对电子枪腔室6中的电子枪提供高压电。通过灌封等方式将导电线缆2与穿通套管1之间密封，然后利用连接件4与扫描电子显微镜上的配合件8真空密封配合，从而实现对电子枪腔室6的真空密封。高压穿通组件内，通过穿通套管1、导电线缆2、导电电极3以及连接件4配合，实现了保证高压穿通组件在与电子枪腔室6密封配合的同时为电子枪腔室6内部提供高压供电。在对扫描电子显微镜进行维护搬运时，使连接件4与配合件8之间相互分离，即可将高压穿通组件从电子枪腔室6上取下，进而使用于供电的导电线缆2与电子枪腔室6分离，从而对电子枪腔室6和导电线缆2分别搬运维护。

在一个实施例中，扫描电子显微镜内设置有电子枪腔室6，电子枪腔室6上设置有安装套管7，穿通套管1同轴安装在安装套管7内部，其中，穿通套管1与安装套管7密封配合，穿通套管1设有导电电极3的一端延伸至电子枪腔室6内。通过引入安装套管7作为中介，延长穿通套管1安装在电子枪腔室6时配合结构的安装长度。增强穿通套管1与电子枪腔室6之间的安装稳固性，提升二者间密封配合的可靠性。在一些其他实施例中，为了进一步提升穿通套管1与安装套管7之间配合连接的密封效果，在保持穿通套管1与安装套管7同轴安装基础上，在穿通套管1与安装套管7之间增加弹性密封圈，确保在各种工况下均能维持稳定的密封性能。

在一个实施例中，安装套管7外固定安装有作为配合件8的另一刀口法兰，配合件8与连接件4两个刀口法兰之间实现密封连接。通过将配合件8固定在安装套管7之上，使得连接件4与配合件8在安装套管7上形成一个紧密且可靠的密封配合，增强了二者之间的密封稳定性。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种高压穿通组件，其特征在于，适于密封安装在扫描电子显微镜上，所述高压穿通组件包括：

穿通套管(1)，其一端设置有内凹插口，另一端封闭设置，所述穿通套管(1)封闭的一端固定安装有多个导电电极(3)；

导电线缆(2)，插接安装在所述内凹插口内，所述导电线缆(2)沿所述穿通套管(1)的轴向延伸并适于延伸至所述导电线缆(2)外，所述导电线缆(2)与所述导电电极(3)导电连接；

连接件(4)，固定安装在所述穿通套管(1)的外侧壁，所述连接件(4)适于与所述扫描电子显微镜上配合件(8)配合真空密封。

2.根据权利要求1所述的高压穿通组件，其特征在于，所述穿通套管(1)内靠近所述内凹插口出口端的一端固定安装有连接环(5)，所述连接环(5)套设在所述导电线缆(2)外，所述连接环(5)的轴线与所述穿通套管(1)的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的高压穿通组件，其特征在于，所述连接环(5)与所述导电线缆(2)固定连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的高压穿通组件，其特征在于，多个所述导电电极(3)沿圆周方向间隔布置。

5.根据权利要求1至3任一项所述的高压穿通组件，其特征在于，所述导电电极(3)呈圆柱状，所述导电电极(3)端部倒设有圆角。

6.根据权利要求1至3任一项所述的高压穿通组件，其特征在于，所述穿通套管(1)为陶瓷件，所述连接件(4)为金属件，所述穿通套管(1)与所述连接件(4)之间通过过渡金属(9)焊接连接。

7.根据权利要求1至3任一项所述的高压穿通组件，其特征在于，所述穿通套管(1)的开口端设置有限位台阶，所述导电线缆(2)上设置有配合台阶，所述配合台阶与所述限位台阶抵接配合。

8.一种扫描电子显微镜，其特征在于，具有权利要求1至7任一项所述的高压穿通组件。

9.根据权利要求8所述的扫描电子显微镜，其特征在于，还包括电子枪腔室(6)，其上设置有安装套管(7)，穿通套管(1)同轴安装在所述安装套管(7)内，穿通套管(1)与所述安装套管(7)密封配合，穿通套管(1)设置有导电电极(3)的一端延伸至所述电子枪腔室(6)内。

10.根据权利要求9所述的扫描电子显微镜，其特征在于，所述安装套管(7)外固定安装有配合件(8)，所述配合件(8)与连接件(4)真空密封连接。