扫描式氩离子枪的电子光学系统研究

扫描式离子枪是样品表面清洁、表面刻蚀和深度分析的常用部件,加速电压在500V到3kV之间可调,具有效率高、性能可靠等优点。电子光学系统是离子枪的重要组成部分,是决定离子束流品质的重要因素。本文利用计算机模拟软件CST对离子枪整体结构进行建模,研究了离子枪聚焦系统不同结构和电压参数对离子束电流密度和束斑尺寸的影响,同时得到了离子枪偏转系统在不同电压分布下的离子分布情况,通过仿真分析确定了电子光学系统的设计方案,并进行了实验验证。结果表明：工作距离为25mm、氩气工作气压为6×10^-3Pa、加速电压为3kV时,氩离子束的束流大小为3μA;束斑大小在7mm到12mm之间可调;当偏转电压为300V时,偏转角度为4.6°。实验与仿真结果基本对应,同时该离子枪的性能指标可获得表面原子精度构造。     

12kV真空灭弧室触头合闸冲击下疲劳寿命研究

真空灭弧室合闸过程中,触头往往会承受较大的合闸冲击,在多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏,从而影响真空灭弧室的工作性能。该文建立VS1型真空断路器操动机构动力学仿真模型,对断路器合闸过程中动触头动态特性进行计算;并利用三维非线性显示动力学分析软件LS-DYNA对杯状纵磁触头合闸冲击碰撞过程进行模拟,得到触头结构在合闸冲击作用下各时刻的应力应变结果;在nCode软件中建立真空灭弧室触头结构疲劳寿命分析流程,对触头结构疲劳寿命危险区域进行预测,并对支撑盘结构进行优化以提高触头结构疲劳寿命。结果表明：在冲击载荷作用下,杯状纵磁触头杯指及触头片开槽处会产生应力集中现象,易发生破坏;三种支撑盘结构中,凸台型支撑盘能使触头结构应力分布更加合理,可有效提高触头疲劳寿命。     

触头片结构对新型带铁心的杯状纵磁真空灭弧室磁场影响仿真

真空灭弧室触头的结构设计对其内部电磁场分布具有重要的影响作用。为了研究触头片结构设计对一种新型带铁心的杯状纵磁真空灭弧室内电磁场分布情况的影响,该文采用了Ansoft Maxwell软件对该新型真空灭弧室内电磁场进行仿真分析,得到了触头片的开槽长度、开槽偏转角度、触头片中心工艺孔直径及孔的深度对磁场分布的影响;实现了在电流峰值时和电流过零时的磁感应强度的云图分布。仿真结果表明:触头片开槽长度、偏角和中心工艺孔径对磁场分布影响较大,孔径深度几乎不影响磁场分布;触头片开槽长度和中心工艺孔径的增加均可减少磁感应强度;触头片开槽偏转角度的增加会使电流峰值时及电流过零时磁场强度呈增加趋势,但存在一个最优角度为25°;触头片开槽和中心开工艺孔等操作均能减少电流过零时的剩余磁场强度。     

利用优化差分电路制作扫描隧道显微镜针尖

扫描隧道显微镜是一种分辨率极高的表面研究仪器,针尖对其工作过程及图像质量有决定性的影响。本文针对目前针尖腐蚀成功率较低和不稳定的缺点,提出了一种新的电路。该设计改变了反应电流的测量机制,使实际反应电压在实验过程中保持稳定,同时为了得到更加尖锐的针尖,利用差分电路监控反应过程的电流变化,能够在反应结束的瞬间立刻切断电路,避免了过度反应使针尖变钝。最后,通过观察反应电压,阴极圆环位置,差分电路灵敏度以及电解液浓度对针尖质量的影响,给出了合适的反应参数,并且比较了差分电路和传统电流阈值监控法的优缺点。结果表明新电路在稳定性上有所提高,与电流阈值监控法相比,针尖质量更好,另外扫描隧道显微镜测试结果也表明针尖质量完全符合要求。     

基于G-M制冷机的低温温度计标定系统

基于G-M制冷机设计搭建了一套低温温度计自动标定系统,该标定系统通过温控仪和PLC编程完成自动化控温、数据的记录处理以及数据输出等一体化的标定流程.将经过国外标定的硅二极管半导体温度计作为标准温度计,利用比较分度的方法对PN结温度计进行了标定.在获得温度特性曲线的同时进行了误差分析,发现该系统不仅可以在4.2～100 ...     

高性能电子枪的物理设计

为测量电导率较低材料的二次电子发射系数,设计了一种能量在0～2ke V之间可调、束斑直径可调、可偏转、可脉冲的高性能电子枪。根据电子枪的性能指标对其电子发射、电子光学系统和电位关系进行物理设计,通过对控制极施加脉冲电压,实现电子束的脉冲发射。利用CST软件对电子枪建模并进行仿真分析,得到不同聚焦极电压对束斑尺寸的影响。仿真结果表明,在阴极电压为-1000V、控制极为-1005V、第一阳极为-880V时,随着聚焦电压由-400V增加到1000V,束斑直径由0.2mm增加到10mm,两者几乎成正比例关系。通过对比两种偏转组件,得出四极静电偏转器更适合在同一空间内使用,在工作距离为30mm、偏转电压为200V时,偏转灵敏度可达到34mm/k V,对应的偏转角为12.8°。     

真空中的基板加热温度检测

在真空环境中进行原子级别的薄膜生长,基板的表面温度监控是关键技术之一。针对不同尺寸的基板,通过热电偶测试基板近旁的温度和红外测温仪测试基板表面的温度,经过数据拟合获得两种测试方法所得温度的对应关系,基板表面的温度与近旁温度存在偏差,但两者之间存在较好的线性比例关系。     

基于SolidWorks真空开关触头的参数化设计

真空灭弧室作为真空开关的核心部件,对真空开关开断性能有着重要影响。真空灭弧室具有结构相似,尺寸大小不统一特点,开发其参数化设计系统,特别是实现真空灭弧室关键部件——电极触头参数化系统设计,对提高设计效率,缩短产品开发周期,减轻劳动强度有着重要意义。本文以三维造型软件Solid Works为开发平台,以VB(Visual Basic)为二次开发工具,利用参数化系统建模法,对真空开关电极触头的进行参数化分析,并设计了其参数化系统。通过该系统可实现电极触头的自动建模与装配,极大地提高真空开关触头建模的速度,提高零部件设计的效率与质量。     

触头系统结构对真空灭弧室温度场影响仿真

针对真空灭弧室大电流承载能力提升问题，研究真空灭弧室触头系统的结构设计参数对降低其整体的温升及提高通流能力具有重要意义。随着真空灭弧室向着高电压、大电流发展，其触头结构参数的合理设计决定了真空灭弧室的温度分布情况，因此为研究触头结构对真空灭弧室温度场的影响情况，文章采用有限元法对真空灭弧室的温度场进行磁热双向耦合仿真分析，得到了导电杆直径、触头直径、触头片厚度、杯座厚度以及触头片开槽长度对温度场的影响。结果表明：当导杆直径、触头直径、杯厚分别增大时，最高温度先急剧下降后下降趋势趋于平缓；触头片开槽长度的增加虽会使最高温度升高，但相比其他结构而言，开槽长度对温度场的影响较小；当触头片厚度增大时，最高温度随之下降；真空灭弧室最佳结构参数为：导杆直径55 mm、触头直径65 mm、触头杯厚8 mm、开槽长度20 mm、触头片厚度5 mm,此模型最高温度较优化前降低18.3%。     

基于图像序列的真空开关分闸速度检测

真空开关的分闸速度是影响开关电弧形态及其使用性能的重要因素。为满足高精度分析的需求,提出运用数字图像处理技术从真空开关运动序列图像中精确跟踪触头位置,进而计算触头运动速度的检测方法。该文首先利用Solidworks软件建立真空开关触头模型,并以设定速度模拟分闸过程,获得了分闸过程动触头的运动序列图像。运用Harris角点检测算法提取序列图像中触头角点,然后用SSD(sum of square differences)角点匹配算法对相邻序列图像中所检测到的角点进行匹配,并从中筛选精确匹配角点,再以匹配的像素角点为初始值,计算亚像素精度角点,从而实现了动触头位置的亚像素级精度跟踪。计算相邻帧图像动触头的位移,该位移与相邻帧图像时间间隔的比值即为动触头的瞬时速度。结果表明:亚像素角点检测技术可实现动触头位置跟踪及其分闸速度计算,且相对误差≤4.7%,最高精度可达0.34%。该方法能够实现真空开关分闸速度的高精度检测,为后续分析分闸速度与电弧形态的关系奠定了基础。