Измерительный узел анализатора

 

Союз Советски н

Социапистичесиик

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

Н 01J 29/48 с присоединением заявки гй

Ркударсжннвй квинтет

СССР ао делает нмбретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 23.08.82. Бюллетень М 31 (53) УД К,621.3 85. .ОЭД(088.8) Дата опубликования описания 23.08.82 (72) Авторы изобретенйя

Ю. А. Акимов, А. А. Буров и Г. В. Родиче (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ АНАЛИЗАТОРА

Изобретение относится к электронной гехнике, а тменно . исследованию структуры электронного луча, и может найти широкое применение при разработке и исследовании электронно-оптических сис5 тем и электронных приборов.

Известно большое количество различных конструкций измерительных узлов анализаторов электронных пучков. При исследовании интенсивных электронных потоков находят широкое применение измерительные устройсгва в виде специальных зондов, погружвемых в электронный поток. Зонд может иметь, например, вкд круглой проволоки или пластинки с ровным краем. Металлический зонд, пересекая электронный пучок перпендикулярно его оси, отбирает на себя часть тока.

По кривой зондового тока можно опреде- 20 лить границы пучка и получить количест; венное представление о его структуре.

Количественная оценка может быть выполнена только приближенно, что css2 зано с трудоемкостью расшифровки осциллограмм. 1 роме того, при измерениях.

1 с помошью зондов происходит усреднение по азимугальной координате.

Известна конструкция типа коллектора с малым отверстием, который либо сам перемешается относительно электронного пучка, либо последний относительно коллектора С13

Однако измерительный узел этой кон струкции имеет недос гаток, заключаюшийся в том, что для получения максимального разрешения пространственной структуры электронного пучка необходимо делать минимальное отверстие, а это приводит к необходимости регистрации малых токов, что в нано- н пикосекундном диапазонах приводит к неразрешимыМ грудностям. Кроме того, анализаторы, . использукнцие в качестве Измерительных узлов эти конструкции, не позволяют тес. следовать перестройку пучка в течение импульса и они не пригодны для исследо3 9М6 вания электронных пучков в действующих приборах.

Введение в электронный поток металлических деталей приводит к искажению электростатических полей, Нв точность измерения оказывают влияние вторичные и отраженные электроны.

Наиболее близким к изобретению является измерительный узел анализатора для исследования микроструктуры высо- rrr коэнергетических электронных пучков в наносекундном и пикосекундном диапазонах длительностей импульсов, содержащий мишень, выполненную из материала, обладающего свойством свечения под дей- 15 ствием электронного пучкв.

В известном устройстве используется специальный экран, покрытый люминофором, обработка данных основана либо на разложении светового изображения пят- ща на при помощи пластин со щелью, либо фотографирование нв пленку с последующим фотометрироввнием. Разрешающая способность люминофорных экранов при энергии электронного луча Е=50 кэВ сос- д тввляет 100 пар линий/мм и падает с увеличением энергии луча (23

Однако указанные анализаторы обладают известными ограничениями в рассматриваемой области применения, поскольку: а экран r, покрытые люминофором, позволяют наблюдать пучки с небольшой плотностью энергии (до 1 Вт/см ), пропорциональность

Q. яркости свечения плотности тока электронного пучка сохраняется до плотности тока 1 мА/см, с увеличением плотности тока яркость не возрастает из-за эффекта насыщения. Угольный или графитовый экран позволяет наблюдать пучки с большой плотностью энергии, однако яркость их свечения не пропорциональна плотности тока, люминофоры, а следовательно, и экраны обладают инерционностью, которая определяется временем разгорания и послесвечения. Минимальное значение этих величин составляет .Т =100 нс (люминофор К -80), что ограничивает их использование для анализа динамики распределения плотности тока в течение импульса в наносекундном, а тем более в пикосекундном диапазоне длительнос ги импульса.

Белыю изобретения является повьпцение пространственного и временного разрешения распределения плотности тока электронного пучка и широком диапазоне рабочих напряжений и плотностей тока, в также г 6с. -п чение возможности иссле82 4 дования динамики распределения плотнос ти тока в полном сечении электронного пучка в течение длительности импульса.

Бель достигается тем, что в измерительном узле анализатора для исследования микроструктуры высокоэнергетических электронных пучков в наносекундном и пикосекундном диапазонах длительностей импульсов, содержащем мишень, выполненную из материале, обладвкяцего свойством свечения под действием исследуемого электронного пучка, мишень выполнена из полупроводникового материала, обладвкнцего лазерным эффектом, причем HB рабочей поверхности мишени, облучаемой электронным пучком, расположены разделительные канавки.

Мишень может бьггь выполнена из арсенидв галлия.

На фиг. 1 представлен измерительный узел анализатора, работающий в режиме поперечной накачки (ось лазерного излучения перпендикулярна оси исследуемого электронного пучка), предназначенный для исследования электронных пучков в диапазоне энергий от 50 до 100 кэВ; на фиг. 2 — измерительный узел, работающий в режиме продольной накачки (ось лазерного излучения совпадает с осью исследуемого электронного пучка), предназначенный для исследования электронных пучков с энергией от 100 до

300 кэВ.

Измерительный узел анализатора представляет собой полупроводниковый монокристалл 1 в форме прямоугольного параллелепипеда (фиг, 1), две грани 2 которого образуют зеркала оптического ре» зонвтора, на грани 3, облучаемой исследуемым электронным пучком 4, расположены разделительные канавки 5 с наперед заданным шагом. Излучение 6 вы.ходит из граней, HB фиг, 2 представлена вторая конструкция измерительного узла анализатора, который содержит полупроводниковый кристалл 7 в форме прямоугольного параллелепипеда, две грани 8 и 9 которого образуют зеркала оптического резонатора. На грань 8, облучаемую исследуемым электронным пучком 10, нанесено отражающее покрытие для создания оптического резонатора, на этой же грани 8 расположены разделительные канавки 11 с наперед заданным шагом, излучение 12 выходит из грани 9.

Разделительные канавки 5 и 11 служат для оптической развязки соседних элементов и их взаимного влияния на ления плотности тока в зависимости от напряжения на управляющей сетке.

Предлагаемое изобретение дает во можность измерять пространственное я временное распределение плотности ъпка в электронных пучках наносекундной и пикосекундной длительности.

1. Измерительный узел анализатора для исследования микроструктуры высокоэнергетических электронных пучков в

1s наносекундном и пикосекундном диапазонах длительностей импульсов, содержащий мишень, выполненную з материала, обладающего свойством свечения под действием исследуемого электронного нучрц ка,отличающийсятем,что, с целью повышения пространственного и временного разрешения распределения плотности тока электронного, пучка в широком диапазоне рабочих напряжений

2s и плотностей тока, а также обеспечения возможности исследования динаиики распределения плотности тока в полном сечении электронного пучка в течение длительности импульса, в качестве материаур ла мишени использу от полупрсеодниковый материал, обладакзций лазерным эффектом, причем на рабочей поверхности мишени, облучаемой электронным пучком, расположены разделительные канавки.

2. Узел анализатора по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что мишень выполнена из арсенида галлия.

1. Местечкин Я. И. и др. Установка для исследования свойств электронного потока. Труды конференций по электронной технике, вып. 1, М., 1968, с. 128.

2. Евтифеева Е. С., Кибардина Х. А.

Методы экспериментального исследования электронных потоков. - Вопросы радиоэлектроники,.сер, 1, 1961, N. 8, с. 54107 (прототип).

5 953682 6 излучающие характеристики. Канавки изготовляются с определенным шагом, что обеспечивает масштаб и разрешение при пространственных измерениях.

Современные методы фотолитографии позволяют получать излучающие элементы.с шагом 1 мкм.

Предлагаемый анализатор работает следуюшим образом.

В первом случае (фиг. 1) пучок элек- 10 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я тронов,.сформированный исследуемой электронно-оптической системой, направляется на грань 3 полупроводникового монокристалла. Проникая в кристаллы HB некоторую глубину, быстрые электроны тормозятся и возбуждают лазерное излучение, интенсивность которого пропорциональна плотности тока. Излучение выходит из граней 2.

Во втором случае (фиг. 2) электронный пучок падает на кристалл в направлении, совпадающим с направлением генерируеь,огo излучения, интенсивность которого также пропорциональна плотности тока накачки. ,Излучение коллектора исследуется методвмн высокоскоростной фотохронографии, которые в настоящее время имеют разрушение 10 1 с.

В макете производится исследование характеристики .электронного пучка, разрабатываемого полупроводникового лазера с электронной накачкой типа КГП.

Измерительный узел анализатора выполнен из монокристалла арсенида галлия и имеет расстояние между зеркалами оптического резонатора Q =1 мм, толщина сЬ200 мкм. На грани, облучаемой исследуемым электронным пучком, нанесе- Источники информации, ны разделительные канавки о шагом принятые во внимание при экспертизе

30 мкм.

Исследуется распределение плотности тока в электронном пучке в диапазоне энергий 30-60 кВ, и плотностей тока 1-10 А/см при измерении длительности управляющих импульсов на сетке от 10 до 100 нс.

При исследовании макетного образца анализатора исследуется динамическая перестройка пространственного распреде953682

Фиа

ВНИИПИ Заказ 6287/79 Тираж 701 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4