專利名稱：電子束聚焦電極以及使用該電極的電子槍的制作方法
技術領域：
各示例性實施方式涉及一種電子束聚焦電極以及利用該電極的電子 槍。尤其是，各示例性實施方式涉及這樣一種電子束聚焦電極，該電子束 聚焦電極通過使從電子槍的陰極電極發(fā)射的電子束穿過具有理想和/或預定 截面形狀的通孔，而減小電子束的發(fā)散現(xiàn)象，并涉及一種包括這種電子束 聚焦電極的電子槍。
背景技術：
在制造用于微波和太赫波振蕩的真空裝置過程中，電子槍用于使得電 子束發(fā)射到該裝置上。傳統(tǒng)的電子槍產(chǎn)生具有實心或環(huán)狀截面的電子束。 為了利用具有實心或環(huán)狀截面的電子束，電子束應該入射到形成在襯底表 面上的圖案中等。但是，隨著裝置的尺寸變得越來越小，使電子束入射到 精細圖案中變得越來越難。另 一種傳統(tǒng)電子槍產(chǎn)生具有矩形截面的電子 束。但是，由這種傳統(tǒng)電子槍產(chǎn)生的矩形截面的電子束比實心或環(huán)形電子
束的層流性(laminarity)低。
在背景技術部分中公開的上述信息僅用于改善對本申請的背景的理 解，因此，它有可能包含不構成在本國內(nèi)本領域技術人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有 技術的信息
發(fā)明內(nèi)容
，
提出各示例性實施方式來至少部分解決防止傳統(tǒng)裝置輸出預定和/或理 想電子束的問題。例如，提供了一種解決涉及到層流性低于實心或環(huán)形電 子束的問題的裝置和方法。
一個示例性實施方式提供了一種電子束聚焦電極，該電子束聚焦電極 可以包含在電子槍中。該電子束聚焦電極可以包括具有多邊形通孔的板以 及形成在該通孔的至少一條邊上的突出部分。
根據(jù)一個示例性實施方式，突出部分可以與其上形成該突出部分的邊的兩端分隔開。突出部分的長度可以小于從通孔的中心到其上形成該突出 部分的邊的距離。
根據(jù)一個示例性實施方式，通孔的內(nèi)表面相對于穿過該通孔的電子束 的運行方向傾斜。通孔可以具有第一區(qū)域和第二區(qū)域。第一區(qū)域可以小于 第二區(qū)域。此外，第一區(qū)域可以是電子束的入射區(qū)域，而第二區(qū)域可以是 電子束的發(fā)射區(qū)域。
根據(jù)一個示例性實施方式，所述多邊形通孔可以包括四條邊，四個突 出部分分別布置在所述四條邊上。每個突出部分可以從相應的邊的中心突 出。每個突出部分可以具有矩形橫截面。
另 一個示例性實施方式提供一種電子槍。該電子槍可以包括電子束聚 焦電極，如在這個發(fā)明內(nèi)容部分中的上述電子束聚焦電極。電子槍也可以
發(fā)射的電子聚焦在該陽極電極上。
根據(jù)一個示例性實施方式，電子槍的電子束聚焦電極可以與電子槍的 陰極電極電絕緣。另外，電子槍的電子束聚焦電極可以連接到電子槍的陰 極電極上。
根據(jù)一個示例性實施方式，電子槍可以包括位于電子束聚焦電極和陽
極電極之間的4冊極電極，來調(diào)節(jié)電子束的電流量(current quantity)。
根據(jù)一個示例性實施方式，電子槍的陰極電極可以是熱電子發(fā)射裝 置、冷發(fā)射陰極、光電陰極和等離子體源中的一種。如果所述陰極電極是 熱電子發(fā)射裝置，電子槍也可以包括圍繞陰極安裝的熱屏蔽，以屏蔽從陰 極電極發(fā)出的熱。
再一個示例性實施方式提供了一種減小矩形橫截面的電子束的發(fā)散現(xiàn) 象的方法。該方法可以包括在多邊形通孔中形成電場，該多邊形通孔具 有布置在該通孔的至少一條邊上的突出部分；將電子束穿過該通孔；以及 通過所述電場使電子束形成預定橫截面。該方法也可以包括利用柵極電極 來調(diào)節(jié)電子束的電流量。


各示例性實施方式的上述和其它目的、特征和其它優(yōu)點將從下面結合 附圖的詳細描述中變得更清楚理解，圖中視圖
圖1A是根據(jù)示例性實施方式的電子槍的橫截面透視圖1B是圖1A所示的電子槍的縱向橫截面圖2是示出圖1A所示的電子槍的通孔附近的放大縱向橫截面圖3A是電子束聚焦電極的示例性實施方式的透視圖3B是圖3A所示的電子束聚焦電極的平面圖3C是圖3A所示的電子束聚焦電極的底視圖3D是圖3A所示的電子束聚焦電極的前橫截面圖3E是圖3A所示的電子束聚焦電極的右側(cè)橫截面圖4A是示出包括在根據(jù)示例性實施方式的電子槍中的陰極電核
圖4B是圖4A所示的陰極電極的放大縱向橫截面圖； 圖4C是圖4A中所示的陰極電極的平面圖；以及
電子的軌跡和等勢線的示意圖。
應該理解到附圖并不必要按照比例，提供各種優(yōu)選特征的稍微簡化的 表示，來圖示說明本發(fā)明的基本原理。在此公開的特定設計特征，包括如 特定尺寸、取向、位置和形狀部分由特別計劃的用途和使用環(huán)境來確定。
在附圖中，相同的附圖標記在以下詳細描述中指代各示例性實施方式 的相同或等同的零件。
具體實施例方式
下面參照附圖更全面描述示例性實施方式，附圖中示出示例性實施方 式。但是，各示例性實施方式可以以多種不同形式來實現(xiàn)，并且不應被解 釋為局限于在此陳述的示例性實施方式。而是，提供這些實施方式以便本 公開更全面和徹底，并且向本領域技術人員完全傳達示例性實施方式的范 圍。在附圖中，區(qū)域的尺寸和相對尺寸為了清晰起見被夸大。
將理解到當元件被稱為在另一個元件或?qū)拥壬稀⑦B接到或耦接到另一 元件或?qū)拥葧r，它可以直接在所述另一個元件或?qū)又?、直接連接或耦接 到另一個元件或?qū)?，也可以存在中間元件或?qū)?。相反，當元件凈皮稱為直接 在另一個元件或?qū)又?、直接連接到或耦接到另一個元件或?qū)?，則不存在 中間元件。如在此所使用的，術語"和/或"包括一個或多個相關聯(lián)的所列
6項目的任何和所有組合。
將理解到雖然術語第一、第二、第三等在此用來描述各種元件、部 件、區(qū)域和/或部分，這些元件、部件、區(qū)域和/或部分不應被這些術語所 局限。這些術語僅用于將一個元件、部件、區(qū)域或部分與其它的區(qū)域或部 分相區(qū)分開來。從而，下面討論的第一元件、部件、區(qū)域或部分也可以被 稱作第二元件、部件、區(qū)域或部分，而不會背離各示例性實施方式的教導。
在此可以使用空間相對術語，如"下面"、"在…之下"、"下"、"上 面"、"上"等來方便描述一個元件或特征與其它元件或特征的關系，如圖 中所示。將理解到除了圖中所描繪的取向之外，空間相對術語還意在涵蓋 裝置在使用或操作中的各種不同取向。例如，如果圖中裝置被顛倒，描述 為在其它元件或特征"之下"或"下面"的元件則取向為在其它元件或特 征"之上"。從而，示例性術語"下面"可以涵蓋"上面"和"下面"的
兩個取向。裝置也可以其它取向(旋轉(zhuǎn)90度或在其它取向)，并且在此使 用的空間相對描述相應地加以解釋。
在此使用的術語僅出于描述特定實施方式的目的，并不意圖在于限制 示例性實施方式。如在此所使用的，單數(shù)形式"一"、"一個"和"這個" 同樣意在包含復數(shù)形式，除非文中明確指明。將進一步理解到術語"包 括"和/或"包含，，在用于本說明書時，指明所描述的特征、整數(shù)、步驟、 操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、 步驟、操作、元件、部件和/或它們的組的存在或添加。
圖1A是根據(jù)示例性實施方式的電子槍的橫截面透視圖，而圖1B是圖 1A所示的電子槍的縱向橫截面圖。
參照圖1A,電子槍可以包括陰極電極10、陽極電才及20和電子束聚焦
電極20。
陰極電極10可以是發(fā)射電子的裝置。例如，陰極電極10可以是利用 熱電子發(fā)射的裝置，或者可以是冷發(fā)射陰極、光電陰極或等離子體源。
參照圖1B,根據(jù)示例性實施方式，陰極電極IO可以由陰極基底100 和陰極支撐套筒101固定在電子槍中理想和/或預定位置。如果陰極電極 10是利用熱電子發(fā)射的裝置，則圍繞陰極電極10安裝用于屏蔽從被加熱 的陰4l電極IO發(fā)射的熱的熱屏蔽102。陽極電極20與陰極電極10間隔開理想和/或預定距離。在陰極電極
10和陽極電極20之間施加電壓。從陰極電極IO發(fā)出的電子由所施加的電 壓加速，使得在朝向陽極電極20的方向上形成電子束。
此外，才艮據(jù)示例性實施方式，陽極電才及20可以在其中心具有孔21。 從陰極電極10發(fā)出的電子可以通過該孔21穿過陽極電極20,以從電子槍 中射出，此后可以到達收集器(collector)(未示出)。收集器可以是位于電 子槍外側(cè)的陽極電極。
參照圖1B,電子束聚焦電極30可以由圓柱形基底300固定在陰極電 極10和陽極電極20之間理想和/或預定位置處。在示例性實施方式中，電 子束聚焦電極30可以包括板，在板中形成多邊形通孔33,使得可以形成 更理想的電場。當從陰極電極10發(fā)出的電子通過所述通孔33穿過電子束 聚焦電極30時，電子束可以被形成為具有預定和/或理想橫截面形狀。
根據(jù)示例性實施方式，電子槍還可以包括柵極電極(未示出)，該柵 極電極位于電子束聚焦電極30和陽極電極20之間，用于調(diào)節(jié)電子束的電 流量。
圖2是示出根據(jù)示例性實施方式的電子槍的通孔33的附近的縱向橫 截面圖。
參照圖2，電子束聚焦電極30可以位于陰極電極10之前，電子從該 陰極電極10發(fā)出。陰極電極IO可以由陰極套筒12圍繞。陰極套筒12具 有理想和/或預定的發(fā)射孔11。從陰極電極IO發(fā)出的電子通過陰極套筒l2 的發(fā)射孔11沿著朝向電子束聚焦電極30的方向發(fā)出。當所發(fā)出的電子穿 過電子束聚焦電極30的通孔33時，可以形成電子束，并且電子束的橫截 面形狀可以由通孔33中所形成的電場確定。電場根據(jù)通孔33的形狀而形 成。將在后面參照圖4描述陰極電極IO和陰極套筒12。
參照圖2，根據(jù)示例性實施方式，陰極電極12和電子束聚焦電極30 可以彼此間隔開理想和/或預定距離，并可以彼此電絕緣。因此，電子束聚 焦電極30可以與陰極電極10電絕緣，后者可以連接到陰極套筒12上。
根據(jù)示例性實施方式，陰極電極10和電子束聚焦電極30可以具有相 同的電勢或者可以具有不同的電勢，從而控制電子束的軌跡。當不同電勢 施加到陰極電極10和電子束聚焦電極30上時，陰極電極10和電子束聚 焦電極30之間的電勢差可以根據(jù)不擊穿陰極電極10和電子束聚焦電極30之間的絕緣來確定。
根據(jù)另一示例性實施方式，電子束聚焦電極30和陰極電極10可以彼 此連接。例如，電子束聚焦電極30和陰極電極10可以通過將電子束聚焦 電極30連接到陰極套筒12上而借助于陰極套筒12來連接。
圖3A是根據(jù)示例性實施方式的電子束聚焦電極的透視圖。參照圖 3A，電子束聚焦電極30可以包括板30，，板30，具有第一表面31、與第一 表面31相反的第二表面32以及穿過電子束聚焦電極30的多邊形通孔 33。多邊形通孔33可以包括從通孔33的相應邊突出到通孔33內(nèi)側(cè)的突 出部分34。例如，通孔33的多邊形可以具有四條邊。每條邊具有一個突 出部分，該突出部分形成在該邊的中間。每個突出部分具有矩形橫截面， 并且從多邊形的每條邊突出。
從陰極電極發(fā)出的電子可以入射到電子束聚焦電極30的第一表面31 上。由于通孔33可以形成為穿過第一表面31和第二表面32，電子可以從 第一表面31入射到通孔33,穿過通孔33、然后從通孔33自第二表面32 發(fā)出。
參照圖3A,通孔33還可以包括至少一個形成在通孔33的至少一條邊 上的突出部分34。由于突出部分34，可以減小電場在電子束邊緣處的扭 曲，并且可以控制穿過通孔33的電子的軌跡。于是，可以改善從電子槍 發(fā)出的電子束的層流性。
圖3B是根據(jù)示例性實施方式的電子束聚焦電極的第二表面32的平面 圖，而圖3C是根據(jù)示例性實施方式的電子束聚焦電極的第一表面31的底 視圖。在電子束聚焦電極30中，板30，的通孔33在第一表面31具有第一 截面積，如圖3C所示，且在第二表面32具有第二截面積，如圖3B所 示。第一截面積與第二截面積不同。例如，第二截面積大于第一截面積。 結果，通孔33的截面可以形成為相對于穿過通孔33的電子束的運行方向 傾斜。
如圖3B所示，在第二表面32處形成在板30，中的通孔33分別在圖 3B的橫向和縱向上具有長度L,和寬度冗。例如，通孔可以為 L產(chǎn)3.04mm，且H尸2mm。
在通孔33的至少一條邊上可以形成至少一個突出部分34。每個突出 部分34可以與相應的邊的兩端間隔開理想和/或預定距離，其中所述突出
9部分34形成在該條邊上。每個突出部分34可以朝向通孔33 "中心方向 突出理想和/或預定高度。例如，如圖3B所示，通孔33可以在多邊形的每 條邊上分別具有一個朝向通孔33的中心突出的突出部分，每個突出部分 34位于相應邊的中間，并且與突出部分左側(cè)和右側(cè)上的兩個端點分隔開。 突出部分34在橫向和縱向上分別具有寬度L2和H2以及長度D,和D2。每 個突出部分的長度Di或D2小于相應的邊到通孔33的中心的距離，使得兩 個相對的突出部分34不會突出到彼此接觸。例如，突出部分可以具有 L2=0.88mm、 H2=0.48mm、且D產(chǎn)D產(chǎn)0.4mm。
于是，矩形通孔33可以被從矩形通孔33的每條邊突出的突出部分34 改變成啞鈴形多邊形。于是，通孔33內(nèi)的電場可以由通孔33的啞鈴形狀 來改變，使得與矩形或帶彎角的矩形的通孔相比，電子束在通孔33的角 落處的發(fā)散現(xiàn)象被減小。
當電子束穿過電子束聚焦電極的矩形或帶彎角矩形的通孔時，隨著電 子束的行進距離增加，電子分布的對稱性被破壞。這是由于電子束受到電 場扭曲的影響，而電場的扭曲取決于電子束聚焦電極的形狀。這也是由于 在電子束產(chǎn)生的早期階段，熱和電場分布不均勻帶來的分散的初始速度和 初始電子速度。
如果使用具有啞鈴形通孔33的上述電子束聚焦電極30，穿過通孔33 的電子束的軌跡可以由突出部分34控制。于是，可以改善電子束的均勻 性，并且/或者可以獲得更均勻的電子束。
圖3C是示出電子束聚焦電極30的第一表面31的底^L圖。4艮據(jù)圖3C 所示的示例性實施方式，電子束聚焦電極30是通過將兩個具有不同直徑 的圓形電極連接到一起而形成的。另外，電子束聚焦電極30也可以具有 不同于圓形的其他形狀，或者可以包括多個電極，而不局限于兩件。
形成在板30，中的通孔33在第一表面31的橫向和縱向上分別具有長 度L3和H3,例如，通孑L可以具有L3=2.2mm而H3=l. 16mm。
至少一個突出部分34形成在通孔33的至少一條邊上。每個突出部分 34與相應邊的兩端間隔開理想和/或預定距離，其中該突出部分形成在該 條邊上。例如，通孔33的每條邊具有形成在該邊的中間的突出部分，該 突出部分34向通孔33的中心突出。突出部分34在橫向和縱向上分別具 有寬度L2和H2、長度D,和D2。圖3D和3E分別是根據(jù)示例性實施方式的圖3A所示的電子束聚焦電 極沿著線A-A和B-B的橫截面圖。參照圖3D和3E,形成在板30，中的通 孔33可以形成為在電子束聚焦電極30的第二表面32的截面積大于電子 束聚焦電極30的第一表面31的截面積。結果，通孔33的內(nèi)表面331相 對于第一表面31具有角度e。此外，通孔33可以具有厚度T"例如，電 子束聚焦電極可以具有6=50度、T產(chǎn)0.5mm的通孔。
一部分的放大透視圖，而圖4B是圖4A所示的陰極電極10的縱向橫截面 圖。
參照圖4A和4B,陰極電極10位于陰極套筒12中，該陰極套筒12 在其中形成有發(fā)射孔11。從陰極電極IO發(fā)出的電子通過發(fā)射孔11向電子 束聚焦電極30發(fā)射。發(fā)射孔11的內(nèi)表面111形成為相對于陰極電極10的 表面110成角度S。此外，發(fā)射孔11具有厚度T3。例如，發(fā)射孔可以為 3=30度，且T產(chǎn)0,06腿。
圖4C是圖4A和4B所示的發(fā)射孔11的平面圖。參照圖4C，發(fā)射孔 11形成為具有矩形截面，該矩形截面在圖4C的橫向和縱向上分別具有長 度L4和H4。例如，陰極套筒可以具有L4二0.6mm且H^0.1mm的發(fā)射孔。
參照圖2，電子束聚焦電極30可以定位成與陰極套筒12相接觸或者 距陰極套筒12預定和/或理想距離。電子可以從陰極電極IO發(fā)出，并然后 穿過發(fā)射孔11,以形成電子束。在電子束穿過電子束聚焦電極30時，通 過電場形成電子束的預定和/或理想截面形狀。
圖5是根據(jù)示例性實施方式、在穿過電子束聚焦電極的電子束中電子 的軌跡和等勢線的示意圖。如圖5所示，電子束聚焦電極的等勢線在從通 孔的相應邊突出的突出部分的作用下被控制。
如圖5所示，如果使用具有突出到通孔內(nèi)側(cè)的突出部分的電子束聚焦 電極，可以改善在電子束角落處的電子束分布扭曲。結果，電子束在角落 處的扭曲和交叉可以減小并且/或者防止，并且電子束橫截面的形狀相對于 電子行進的距離不會顯著變化。因此，可以長時間保持電子束的橫截面的 形狀。
雖然已經(jīng)參照圖1A-圖5具體圖示和描述了示例性實施方式，本領域 技術人員可以理解到在不背離各示例性實施方式的范圍和精髓的前提下，可以在形式和細節(jié)上作出各種修改、添加和替換。 優(yōu)先權要求
本申請要求2008年5月20日提交的韓國專利申請10-2008-46748號 的優(yōu)先權，其整個內(nèi)容通過引用結合于此。
權利要求
1.一種電子束聚焦電極，包括具有多邊形通孔的板；以及形成在所述通孔的至少一條邊上的突出部分。
2. 如權利要求1所迷的電子束聚焦電極，其中，所述突出部分與其上 形成該突出部分的邊的兩端間隔開。
3. 如權利要求1所述的電子束聚焦電極，其中，所述突出部分的長度 小于從通孔的中心到其上形成該突出部分的邊的距離。
4. 如權利要求1所述的電子束聚焦電極，其中，所述通孔的內(nèi)表面相 對于穿過所述通孔的電子束的運行方向傾斜。
5. 如權利要求1所述的電子束聚焦電極，其中，所述通孔具有第一區(qū) 域和第二區(qū)域，第一區(qū)域小于第二區(qū)域，第一區(qū)域為電子束的入射區(qū)域， 而第二區(qū)域為電子束的發(fā)射區(qū)域。
6. 如權利要求1所述的電子束聚焦電極，其中，所述多邊形通孔包括四條邊；以及分別布置在四條邊上的四個突出部分，每個突出部分>^人相應邊的中間 突出。
7. 如權利要求6所述的電子束聚焦電極，其中，每個突出部分具有矩 形橫截面。
8. —種電子槍，包括 發(fā)射電子的陰極電極；與陰極電極間隔開并且其上聚焦從陰極電極發(fā)出的電子的陽極電極；以及如權利要求1所述的電子束聚焦電極，該電子束聚焦電極處于所述陰 才及電4及和陽才及電極之間。
9. 如權利要求8所述的電子槍，其中所述電子束聚焦電極與陰極電極 電絕緣。
10. 如權利要求8所述的電子槍，其中，所述電子束聚焦電極連接到 所述陰極電極上。
11. 如權利要求8所述的電子槍，還包括柵極電極，該柵極電極處于所述電子束聚焦電極和所述陽才及電極之 間，以調(diào)節(jié)所述電子束的電流量。
12. 如權利要求8所述的電子槍，其中，所述突出部分的長度小于從 通孔的中心到其上形成該突出部分的邊的距離。
13. 如權利要求8所述的電子槍，其中，所迷通孔的內(nèi)表面相對于穿 過所述通孔的電子束的運行方向傾斜。
14. 如權利要求8所述的電子槍，其中，所述通孔具有第一區(qū)域和第 二區(qū)域，第一區(qū)域小于第二區(qū)域，第一區(qū)域為電子束的入射區(qū)域，而第二 區(qū)域為電子束的發(fā)射區(qū)域。
15. 如權利要求8所述的電子槍，其中，所述多邊形通孔包括 四條邊；以及分別形成在四條邊上的四個突出部分，每個突出部分從相應邊的中間 突出，且每個突出部分具有矩形橫截面。
16. 如權利要求8所述的電子槍，其中 所述陽才及電極在其中心具有孔；所述陰極電極包括陰極套筒，該陰極套筒具有發(fā)射孔，該發(fā)射孔的內(nèi) 表面形成為相對于所述陰極電極的表面成一定角度。
17. 如權利要求8所述的電子槍，其中，所述陰極電極是冷發(fā)射陰 極、光電陰極和等離子體源中的一種。
18. 如權利要求8所述的電子槍，還包括圍繞陰極電極安裝的熱屏蔽，以屏蔽從陰極電極發(fā)出的熱量，所述陰 極電極為熱電子發(fā)射裝置。
19. 一種減小矩形橫截面的電子束的發(fā)散現(xiàn)象的方法，包括 在多邊形通孔中形成電場，該多邊形通孔具有突出部分，該突出部分布置在所述通孔的至少一條邊上； 使電子束穿過該通孔；以及 用所述電場來形成電子束的橫截面。
20. 如權利要求19所述的減小矩形橫截面的電子束的發(fā)散現(xiàn)象的方 法，還包括利用柵極電極調(diào)節(jié)電子束的電流量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子束聚焦電極以及利用該電極的電子槍，所述電子束聚焦電極包括板，所述板具有多邊形通孔；形成在所述通孔的至少一條邊上的至少一個突出部分。通過利用這種電子束聚焦電極，可以減小矩形橫截面的電子束的發(fā)散現(xiàn)象。此外，可以提高電子槍的輸出，并容易聚焦電子束。
文檔編號H01J23/08GK101587812SQ20091000706
公開日2009年11月25日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權日2008年5月20日
發(fā)明者孫永睦, 斯利瓦斯塔瓦·阿努里格, 樸健植, 白瓚郁, 蘇鎮(zhèn)奎, 金善一, 金鐘玟 申請人:三星電子株式會社;首爾大學校產(chǎn)學協(xié)力團