一种场致电子发射测试装置的制作方法

本发明属于材料测试的设备领域，具体涉及一种场致电子发射测试装置。

背景技术：

场致电子发射材料在场发射平板显示器，毫米微米波器件，传感器等的研究中占有重要地位，显示了良好的应用前景。在场发射材料的研究中，场致电子发射的测试技术尤为重要。

对于场致发射材料而言，环境气氛，尤其是系统真空度是影响发射性能的重要因素之一。当高速电子与气体分子碰撞时,气体分子发生离化，电离出正负离子。电离出的正离子在电场力作用下以一定能量轰击场发射材料表面，使发射尖端逐渐损毁，影响发射稳定性；而电离出的负离子在电场力的作用下向阳极运动，相对无空气离化时负电荷数增加，导致测试数据偏差大，因此场致发射测试时对系统真空度的要求苛刻。由于普通的测试系统无法达到这样高的真空度，目前场发射测试装置通常由一个样品室配备一套独立的真空系统组成，占用空间大，试验成本高。并且，现有的场发射测试装置通常每次只能测试一个样品，如果要完成多个样品的测试，则需要多次重复“充气（破坏真空）→安装样品→抽真空→测试”的步骤。操作过程比较繁杂，测试效率低。此外，现有的场发射测试设备阳极固定、不易更换，不能满足不同测试要求、不同尺寸样品的场致发射测试。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种场致发射测试装置，它为一个独立的测试系统，可以通过管道连接到实验室现有的真空设备上，不需要配备独立的真空系统；并且在真空腔室设置了多个样品测试平台，通过设计控制器结构，可以有效调节阳极位置，实现一个阳极对应测试多个阴极样品，在不破坏真空的情况下实现对多个样品进行测试；通过结构设计阳极夹具，方便更换阳极，以期满足多种阴极样品的测试要求，例如薄膜样品和针尖样品，从而达到降低成本、节省空间、操作方法简单的要求。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种场致电子发射测试装置，包括真空腔室、真空连接机构、阳极部分和阴极部分；

所述真空腔室为圆筒型，顶部中心设置有法兰，侧壁设置有第一连接口，所述第一连接口与真空连接机构连接，所述真空腔室的侧壁靠近底部位置设置有若干观察窗；

所述阳极部分设置在真空腔室的上部，包括操作杆、控制器和阳极，所述操作杆安装在真空腔室顶部法兰中心，所述控制器安装在操作杆上位于真空腔室的外侧，所述阳极连接在操作杆的下端；

所述阴极部分包括绕真空腔室底部中心圆周设置的若干样品台、与样品台一一对应连接的接线柱，所述样品台之间设置有绝缘挡板进行分隔，所述接线柱穿过真空腔室底部并与外部导线连接，所述样品台包括固定支座和样品架，所述样品台与真空腔室侧壁的观察窗位置相对应。

进一步的，所述真空连接机构为一个真空四通管，其中一个端口连接所述真空腔室的第一连接口，其余端口分别连接真空阀门，真空计和真空波纹管。

作为优选，所述操作杆包括第一竖杆、第一横杆和第二竖杆，所述第一竖杆安装在法兰中心，所述第二竖杆的轴心在所述样品台中心所在圆周的竖直面上，所述阳极固定在第二竖杆的底端。

为了更好的实施本发明，所述样品台的固定支座上有两个定位销，所述样品架底面有两个定位孔，固定支座的定位销与样品架的定位孔位置对应并能紧密配合连接，所述样品架采用绝缘材料，所述样品架上表面设置有铜片，所述铜片通过紧固螺钉连接在样品架上。

更进一步的，所述操作杆末端设有螺纹，所述阳极通过螺纹与操作杆连接，所述阳极的几何中心与样品台中心共轴；所述控制器控制操作杆进行旋转和上下移动。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本发明是一个独立的真空腔室，使用时只需将其与实验室现有真空设备（如磁控溅射或者真空熔炼炉等）连接，即可获得场致发射测试的所需真空，不需要配备单独的真空系统，解决了现有场发射测试设备投入成本高的问题。

2、本发明是通过在阴极部分上设置多个样品台来实现打开一次腔体安装和测试多个样品，解决了现有样品测试效率低下的问题。

3、本发明结构简单、操作使用方便、构思巧妙，能够有效地解决现有技术中设备投入成本高、样品测试效率低等问题，很好地解决了现有技术的不足，为材料的场致发射性能研究提供条件，同时节约成本，提高效率。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2本发明的真空连接机构示意图；

图3本发明的A-A断面俯视图；

图4本发明的样品台结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2、图3所示，一种场致电子发射测试装置，包括真空腔室1、真空连接机构4、阳极部分和阴极部分；所述真空腔室1为圆筒型，顶部中心设置有法兰3，侧壁设置有第一连接口12，所述第一连接口12与真空连接机构4连接，所述真空腔室1的侧壁靠近底部位置设置有若干观察窗11；所述阳极部分设置在真空腔室1的上部，包括操作杆5、控制器2和阳极7，所述操作杆5安装在法兰3中心，所述控制器2安装在操作杆5上位于真空腔室1的外侧，所述阳极7连接在操作杆5的下端；所述阴极部分包括绕真空腔室1底部中心圆周设置的若干样品台8、与样品台8一一对应连接的接线柱10，所述样品台8之间设置有绝缘挡板6进行分隔，所述接线柱10穿过真空腔室1底部并与外部导线连接，所述样品台8包括固定支座81和样品架82，所述样品台8与真空腔室1侧壁的观察窗11位置相对应。

进一步的，所述真空连接机构4为一个真空四通管，其中一个端口401连接所述真空腔室1的第一连接口12，端口402连接真空阀门，端口403连接真空计，端口404连接真空波纹管13。

作为优选，所述操作杆5包括第一竖杆501、第一横杆502和第二竖杆503，所述第一竖杆501安装在法兰3中心，所述第二竖杆503的轴心在所述样品台8中心所在圆周的竖直面上，所述阳极7固定在第二竖杆503的底端。

为了更好的实施本发明，所述样品台8的固定支座81上有两个定位销811，所述样品架82底面有两个定位孔821，固定支座81的定位销811与样品架82的定位孔821位置对应并能紧密配合连接，所述样品架82采用绝缘材料，所述样品架82上表面设置有铜片822，所述铜片822通过紧固螺钉823连接在样品架82上。

更进一步的，所述操作杆5末端设有螺纹，所述阳极7通过螺纹与操作杆5连接，所述阳极7的几何中心与样品台8中心共轴；所述控制器2控制操作杆5进行旋转和上下移动。

测试前，根据样品9尺寸和测试要求，选择特定导电阳极和绝缘膜一体化后组成阳极7，将阳极7安装到操作杆5末端；

在使用本发明专利装置进行测试时：

首先将连接真空连接机构4的端口401连接真空腔室1的第一连接口12，将真空阀门、真空计、真空波纹管13分别连接到真空连接机构4的端口402、端口403、端口404上，将真空波纹管13的另一端连接到实验室现有真空设备的接口上，可采用法兰或者卡套等连接方式；

取出样品架82，将待测样品9安装在场致电子发射测试装置阴极部分的样品架82上，将铜片822压到样品9上并拧紧紧固螺钉823，然后把样品架82安装到固定支架81上，样品架82上的定位孔821与固定支架81上的定位销811对正；

打开真空阀门，启动真空系统将真空腔室1内的气体抽出，通过真空连接机构4的端口403连接的真空计来实时监控真空腔室1的真空状态，使真空腔室1内达到测试真空度要求（例如10^-4Pa）；

通过控制器2旋转操作杆5，使操作杆5下端的阳极7正对样品9，然后通过控制器2控制操纵杆5使阳极7向下移动，通过观察窗11观察阳极7的位置，直至阳极7放置在样品9上；

电学测量仪的两端通过导线分别连接待测样品9所在样品台所连接的接线柱10和阳极7，此时测试回路已经形成，通过电学测量仪完成场致电子发射测试；

测试完该样品后，通过控制器2控制操纵杆5使阳极7向上移动，然后控制操作杆5旋转，使阳极7对准下一个待测阴极样品9，重复上述步骤，最终完成全部样品的测试。

本发明为一独立的测试装置，可任意与其他真空设备连接，不需要配备单独的真空系统，可以通过改变场致电子发射测试装置中阳极7的尺寸和样品台8的数量实现多种尺寸、多个样品的测试要求。阴极样品9为薄膜时，或者测试发射均匀性能等，阳极7可选用透明导电薄膜（例如ITO薄膜等）；样品尺寸较小（面积小于0.5mm²）时，阳极7可选用良导体材料（例如金属铜等）。只需将阳极7加工成与操作杆5末端螺纹配套的尺寸，然后安装在操作杆5末端就可实现测试多种尺寸样品和满足测试要求。

要说明的是，以上所述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。