用于产生电子的丝极组件、以及有关的装置、系统和方法与流程

本发明涉及用于产生电子的丝极组件，和利用丝极组件的装置例如电子源、离子源，以及有关的系统。

背景技术：

很多技术涉及到使用电子源(或电子发射体)，即，在真空中产生电子流的装置。电子源可以利用热阴极(或热离子阴极)以产生电子。热阴极的提供形式通常是由耐火材料(例如，钨)或其它高熔点材料(例如，铱)构成的加热丝极，并且其上可以涂布低功函数材料(例如，钇氧化物)。丝极末端连接于可在丝极上施加电压的电压源。流经丝极的所得电流对抗电阻将丝极加热至下述点(例如，1800℃)，该点足以使高能电子(在本文有时称为“热离子”)从丝极表面或从任选提供的低功函数涂层产生热离子发射。换言之，电子从丝极或涂层的表面蒸脱(boiloff)。电子源可以包括一个阳极和一个或多个另外的电极(电子光学件)，对这些电极进行配置，从而将原样产生的电子聚集和加速为电子束，以及引导所述电子束按照给定应用中的要求穿过产生的一个或多个具有适当空间和极性取向的静电场。

加热丝极通常作为缠绕成线圈形式的电线起作用。丝极的两端分别附接(例如，通过焊接)于两个柱(例如，不锈钢)，这两个柱由此电耦合于电压源，从而完成电路。线圈由此在两个柱之间悬挂，不然就会悬空无支撑。对丝极的强烈加热会导致其由于卷成线圈的电线中释放的热膨胀和热应力而在无法预期的方向上移动。由于丝极下垂和扭曲，电子束的聚集和导向则会变差。因此，需要增大流入丝极的电流，以保持向下游过程提供的电子水平恒定。但是，增大电流会增加丝极中的热量，进一步降低丝极的使用寿命。加热的另一个结果是金属丝极材料以极低和不均的速率升华，这会导致沿线圈表面形成缺口。在缺口处会开始形成热点，进一步加深缺口。形成缺口连同加热和移动导致丝极最终失效，例如在缺口处断裂。

因此，目前需要可解决上述问题的改进的丝极组件。

技术实现要素：

为整体或部分解决上述问题、和/或可能已经由本领域技术人员观察到的其它问题，本发明提供了如以下陈述的作为例子的实施方式所述的方法、工序、系统、设备、仪器、和/或装置。

根据一种实施方式，丝极组件包括：由电绝缘、高熔点材料构成的芯，所述芯具有沿芯轴的芯长度；和由导电性、高熔点材料构成的丝极，所述丝极包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的细长体，其中所述细长体的至少中部设置在所述芯上。

在一些实施方式中，所述细长体的至少中部按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。

根据另一种实施方式，将热离子发射层设置在芯上且包封至少所述中部，所述热离子发射层的功函数低于所述丝极的功函数。

根据另一种实施方式，制造丝极组件的方法包括：提供由电绝缘、高熔点材料构成的芯，所述芯具有沿芯轴的芯长度；提供由导电性、高熔点材料构成的丝极，所述丝极包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的细长体；和将所述丝极附接于所述芯，使得所述细长体的至少中部设置在所述芯上。

根据另一种实施方式，所述方法包括将热离子发射层施涂于所述芯，使得所述热离子发射层包封至少所述中部，所述热离子发射层的功函数低于所述丝极的功函数。

根据另一种实施方式，电子源包括：根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件；和其中放置所述丝极组件的真空室。

根据另一种实施方式，离子源包括：根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件；电离室；样品入口，配置其用于引导样品与电离室中由丝极组件发射的电子接触；和离子出口，配置其用于将离子从电离室导出。

根据另一种实施方式，分析仪器包括：包括根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件的离子源；和与离子出口连通的质谱仪。

根据另一种实施方式，使样品电离的方法包括：将电压施加于根据本申请公开的任何实施方式的丝极组件的丝极第一末端和第二末端，从而产生电子束；和使样品与电子束接触。

本发明包括以下实施方式：

实施方式1.一种丝极组件，其包括：

由电绝缘、高熔点材料构成的芯，所述芯具有沿芯轴的芯长度；和

由导电性、高熔点材料构成的丝极，所述丝极包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的细长体，其中所述细长体的至少中部设置在所述芯上。

实施方式2.实施方式1的丝极组件，其中所述芯具有的构造选自以下：所述芯是实心的；所述芯是空心的；所述芯是圆柱形的；所述芯由耐火材料构成；以及前述中两种或更多种的组合。

实施方式3.实施方式1的丝极组件，其中所述丝极的组成选自以下：铱；耐火金属；高熔点金属；钨；铼；以及前述任何物质的合金。

实施方式4.实施方式1的丝极组件，其中所述细长体的至少中部按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。

实施方式5.实施方式4的丝极组件，其中所述高电阻构造选自：

将所述中部按螺旋路径缠绕在所述芯周围；和

所述中部按蜿蜒路径沿所述芯延伸。

实施方式6.实施方式1的丝极组件，其包括设置在所述芯上且包封至少所述中部的热离子发射层，所述热离子发射层的功函数低于所述丝极的功函数。

实施方式7.实施方式6的丝极组件，其中所述热离子发射层具有选自以下的组成：一种热离子发射氧化物，或两种或更多种不同热离子发射氧化物的混合物；钇氧化物，或钇氧化物和一种或多种其它热离子发射氧化物的混合物；碳的热离子发射同素异形体；碳纳米管；石墨烯；和两种或更多种碳同素异形体的复合材料。

实施方式8.实施方式1的丝极组件，其包括其上设置有所述芯的支撑结构。

实施方式9.实施方式8的丝极组件，其中所述支撑结构包括配置用于与电压源电耦合的第一导电柱和第二导电柱，且所述第一末端和第二末端分别与第一导电柱和第二导电柱电连通。

实施方式10.制造丝极组件的方法，所述方法包括：

提供由电绝缘、高熔点材料构成的芯，所述芯具有沿芯轴的芯长度；

提供由导电性、高熔点材料构成的丝极，所述丝极包括第一末端和第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的细长体；和

将所述丝极附接于所述芯，使得所述细长体的至少中部设置在所述芯上。

实施方式11.实施方式10的方法，其中所述芯具有的构造选自以下：所述芯是实心的；所述芯是空心的；所述芯是圆柱形的；所述芯由耐火材料构成；以及前述中两种或更多种的组合。

实施方式12.实施方式10的方法，其中所述细长体的至少中部按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。

实施方式13.实施方式12的方法，其中所述高电阻构造选自：

将所述中部按螺旋路径缠绕在所述芯周围；和

所述中部按蜿蜒路径沿所述芯延伸。

实施方式14.实施方式10的方法，其包括：将热离子发射层施涂于所述芯，使得所述热离子发射层包封至少所述中部，所述热离子发射层的功函数低于所述丝极的功函数。

实施方式15.实施方式14的方法，其中所述热离子发射层具有选自以下的组成：一种热离子发射氧化物，或两种或更多种不同热离子发射氧化物的混合物；钇氧化物，或钇氧化物和一种或多种其它热离子发射氧化物的混合物；碳的热离子发射同素异形体；碳纳米管；石墨烯；和两种或更多种碳同素异形体的复合材料。

实施方式16.实施方式10的方法，其包括：将所述芯安装在支撑结构上。

实施方式17.实施方式16的方法，其中所述支撑结构包括配置用于与电压源电耦合的第一导电柱和第二导电柱，且所述方法还包括：使所述第一末端和第二末端分别与第一导电柱和第二导电柱电连通。

实施方式18.实施方式10的方法，其包括通过选自以下的工序使至少所述中部形成所述高电阻构造：

在所述芯上形成或放置丝极材料层，用光刻胶涂布所述丝极材料层，根据所述高电阻构造将所述光刻胶压花，和施用蚀刻剂；

在所述芯上形成或放置丝极材料层，将掩模施用于所述丝极材料，根据所述高电阻构造将所述掩模压花，和施用蚀刻剂；和

将掩模施用于所述芯，根据所述高电阻构造将所述掩模压花，和使丝极材料沉积通过所述掩模。

实施方式19.实施方式10的方法，其中提供芯选自：

用包含芯材料的浆料填满丝极材料的中空管，通过使所述芯材料凝固形成所述芯，和由所述中空管形成具有所述高电阻构造的丝极；和

将所述芯插入丝极材料的中空管，和由所述中空管形成具有所述高电阻构造的丝极。

实施方式20.实施方式10的方法，其中所述细长体的至少中部是线状物，且提供丝极包括将线状物安装到所述芯上。

在考察了以下附图和具体实施方式之后，对于本领域技术人员而言，本发明的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点将显而易见或将变得显而易见。所有这样另外的系统、方法、特征和优点应该包含在本申请说明书内、落入本发明的保护范围内、并且由所附权利要求所保护。

附图说明

通过参考以下附图，可以更好地理解本发明。附图中的组成部分不一定是按比例的，而是重点放在说明本发明的原理。在附图中，相同的参考数字在所有不同视图中都指代对应的部件。

图1是根据一种实施方式的丝极组件的实例的图解透视图。

图2a是根据一种实施方式的芯和丝极材料片或丝极材料层的实例的图解透视图。

图2b是图2a中说明的芯和丝极材料片或丝极材料层在根据一种实施方式已经添加了光刻胶之后的图解透视图。

图2c是丝极组件在根据一种实施方式蚀刻图2b中说明的丝极材料并移去光刻胶之后的图解透视图。

图2d是图2c中说明的丝极组件在该丝极组件已经操作性连接于丝极柱之后的图解透视图。

图2e是图2c中说明的丝极组件的纵切面的图解透视图。

图3a是根据另一种实施方式的芯和丝极材料片或丝极材料层的实例的图解透视图。

图3b是由图3a中说明的芯和丝极材料制造的丝极组件在该丝极组件已经根据一种实施方式操作性连接于丝极柱之后的实例的图解透视图。

图4是根据另一种实施方式的丝极组件的实例的图解透视图。

图5是根据一种实施方式的电子源(或电子发射体)的实例的图解视图。

具体实施方式

图1是根据一种实施方式的丝极组件100的实例的图解视图。通常，丝极组件100可以包括芯104和丝极108。在一些实施方式中，丝极组件100也可以包括热离子发射层112。在一些实施方式中，丝极组件100也可以包括如下所述的丝极柱。

通常，芯104可以由下述材料构成，该材料能够可靠为丝极108提供坚固支撑表面，同时能在丝极组件100的使用寿命内经受住包括高温的热循环而又不会失效(例如，开裂，分解等)。在本文中，高温通常是高到足以通过蒸发产生电子(即，热离子发射)而又不会使丝极材料或涂布丝极材料的热离子发射材料熔化的温度，一个非限制性实例是约1800℃。为了方便，本申请所述的芯材料称为高熔点材料。因此，芯材料可以选自，例如，范围广泛的耐火材料，实例包括但不限于，各种陶瓷，金属(或类金属)氧化物，碳化物，氮化物，和粘土。此外，芯材料通常是电绝缘材料，因此可以是刚刚提到的非金属耐火材料。在本文中，术语“电绝缘材料”包括介电材料。芯104通常具有沿芯轴116的芯长度。芯长度可以是芯104的优势维度，即，芯104可以沿芯轴116延长。芯104可以是实心的或空心的。在一些实施方式中，“实心”芯材料可以是粉末、颗粒、或矿料的高度压缩的包装材料，例如可以通过球磨或用于从粉末等建造实心物体的其它技术。芯104可以具有整体结构或复合结构。作为后者的实例，芯104可以包括包封填充物或芯材料外壳(例如，管)。在所示的实施方式中，芯104是圆柱形的，而在其它实施方式中可以是适于支撑固定形式的丝极108的任何其它形状，从而有效产生稳定的电子流。

芯104可以通过任何适宜的手段(例如，粘合剂，胶，树脂，焊接，或紧固件，或芯104和支撑结构120上彼此接触、啮合、或互锁的相应特征等)附接于或安装于任何适宜的支撑结构120，所述手段如上所述能够可靠支撑芯104同时可经受住包括高温的热循环。在各种实施方式中，可以将支撑结构120看作是丝极组件100的一部分和/或看作是其中安装了丝极组件100的仪器或系统的一部分。在所示的实施方式中，支撑结构120是或者包括一对丝极柱124a和124b。芯104的轴末端分别附接于或安装于丝极柱124a和124b。丝极柱124a和124b可以是相同或相似类型的柱，该柱是常规用于在电子(碰撞)电离(ei)源中支撑丝极的柱，正如本领域技术人员所知晓的。因此在实践中，丝极柱124a和124b可以耦合于电压源，该电压源向丝极108提供功率并完成电路。

丝极108可以由任何导电性、高熔点材料构成，即，能够经受住下述温度的材料，所述温度高到足以通过蒸发产生电子(即，热离子发射)而又不会使丝极材料或涂布丝极材料的热离子发射材料熔化。因此，例如，丝极108可以由以下适宜用于或用作热离子阴极的材料构成：耐火金属或其它高熔点金属，或任何耐火金属或其它高熔点金属的合金，或高熔点半导体。实例包括但不限于，铱，钨，铼，及其合金(例如，钨-铼)。丝极108包括第一末端128a、第二末端128b、以及在第一末端128a和第二末端128b之间的细长体。细长体可以塑形为本申请说明的线状物(即，具有圆形横截面)，或塑形为带状物或条状物(即，具有矩形横截面的平的面状几何形状(flat,planargeometry))。典型但不排他地，丝极108(即，细长体)的横截面的尺寸在毫米(mm)数量级。

通常，可以通过任何适宜的手段将第一末端128a和第二末端128b与丝极柱124a和124b电连通。根据该实施方式，通过第一和第二末端128a和128b与丝极柱124a和124b之间的直接连接或间接连接(例如，经中间接触线)，可以将第一末端128a和第二末端128b与丝极柱124a和124b电连通。在其中丝极108为线状物形状的本发明实施方式中，通过将第一末端128a和第二末端128b直接连接于丝极柱124a和124b，例如由焊接实现，可以将第一末端128a和第二末端128b分别于各丝极柱124a和124b电连通。如果空间允许，第一末端128a和第二末端128b可以在靠近芯104轴末端处电连接于丝极柱124a和124b的末端(即，从图1的视角看的上端)。否则，第一末端128a和第二末端128b可以在靠近芯104所安装或附接的末端处的点电连接于丝极柱124a和124b的侧面。

细长体的至少中部128c设置在芯104上。期望丝极108的整个长度都设置在芯104上并由此由芯104支撑，除了第一末端128a和第二末端128b，这些末端可能需要至少一定的自由移动，从而有助于将它们电连接于丝极柱124a和124b。因此，细长体的设置在芯104上的中部128c可以延续芯104的整个或基本整个长度，而丝极108中悬挂在芯104与丝极柱124a和124b之间的末端部分(各自在第一末端128a和第二末端128b结束的部分)的长度可以最小化。

在一些实施方式中，丝极108或至少中部128c是直线形的或基本直线形的，即，按直线形或基本直线形路径沿芯长度的至少一部分延伸。在其它实施方式中且正如所述，丝极108或至少中部128c按高电阻(或高电阻)构造沿芯长度的至少一部分延伸。在本文中，“高电阻构造”或“高电阻构造”是指丝极的下述构造，该构造可提供具有显著电阻的电通路，例如与直线形丝极相比具有增大电阻的电通路。作为一个非限制性实例，高电阻构造可以如下实现：同样与直线形丝极相比，赋予丝极材料所延伸的方向多种变化。在这种情况中，高电阻构造可以描述为具有多方向(或多圈、或多弯)构造，在该构造中丝极材料的路径一次或多次改变方向。在本发明的实施方式中，高电阻构造如下实现：将至少中部128c按螺旋路径缠绕在芯104(和由此的芯轴116)周围。也就是说，至少中部128c形成为螺旋线圈。在其它实施方式中，也就是下述的实例，高电阻构造可以形成蜿蜒的(或曲折的)路径。

为确保丝极108的至少中部128c在操作期间保持完全支撑在芯104上且不会因加热而移动，至少中部128c可以通过适宜的结合剂(或粘合剂等)附接(例如，粘附、结合等)于芯104。在一些实施方式中，热离子发射层112可以用作有效的结合剂，而无需使用单独的结合剂。

将热离子发射层112设置在芯104上，由此共形覆盖(即，包封)丝极108的至少中部128c(如图2e中更详细所示，如下所述)。根据其组成，热离子发射层112可以施涂为湿涂层或浆料，它们之后经由干燥、蒸发、或用于移除液相的其它机制固化、硬化、或凝固。可以实施适于其组成的任何施涂热离子发射层112的方法。实例包括但不限于，浸涂，喷涂，滴涂，旋涂，涂漆，刮刀涂布，印刷等。为增强热离子发射，热离子发射层112的材料的功函数可以低于丝极108的功函数。用于形成热离子发射层112的适宜材料的实例包括但不限于：一种热离子发射氧化物、或两种或更多种不同热离子发射氧化物的混合物，例如，钇氧化物、或钇氧化物和一种或多种其它热离子发射氧化物的混合物；和碳的热离子发射同素异形体，例如，碳纳米管，石墨烯，和碳纳米管、石墨烯、或其它碳同素异形体的衍生物，或包含两种或更多种不同碳同素异形体的复合结构。

以下将描述制造根据一种实施方式的丝极组件100的方法的实例。通常，可以提供芯104和丝极108，使得丝极108的细长体的至少中部128c设置在芯104上。如上所述，在一些实施方式中，丝极108或至少中部128c可以按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。特别在本发明的实施方式中，丝极108的提供形式为线状物，且高电阻构造提供将中部128c按螺旋路径缠绕在芯104周围形成。如此组装丝极组件100之后，然后如下将丝极组件100安装在丝极柱124a和124b上：将芯104的轴末端安装或附接到各丝极柱124a和124b上或安装或附接于各丝极柱124a和124b。然后例如通过焊接将丝极108的第一末端128a和第二末端128b电连接于各丝极柱124a和124b。然后，可以将丝极组件100与丝极柱124a和124b作为单元安装在离子源或其它仪器中。或者，当丝极组件100已经安装于并电连接于丝极柱124a和124b时，可以将丝极柱124a和124b预安装在离子源或其它仪器中。在将丝极组件100安装于丝极柱124a和124b之后，则可将热离子发射层112施涂于芯104，使得热离子发射层112包封(例如，共形设置在其上)至少中部128c。在一种具体但非限制性的实施方式中，如下施涂热离子发射层112：将芯104(其上设置有丝极108)在热离子发射材料的(或包含其的)浆料中浸渍。然后可以根据需要将热离子发射材料干燥、固化等。或者，可以在将丝极组件100安装于丝极柱124a和124b之前，施涂热离子发射层112。

图2a-2e是说明制造根据一种实施方式的丝极组件200的方法的实例的图解透视图。

首先参考图2d，其说明制造的丝极组件200在其已经安装于和电连接于丝极柱224a和224b之后的实例，以及图2e，其说明制造的丝极组件200的纵截面的实例。丝极组件200可以包括芯204，丝极208，和热离子发射层212。芯204、丝极208、和热离子发射层212的材料组成可以如以上关于图1中所示的丝极组件100所述。

芯204具有沿芯轴216的芯长度，并且可以沿芯轴216延伸。芯204可以是实心的或空心的，并且可以具有整体结构或复合结构。在所示的实施方式中，芯204是圆柱形的，而在其它实施方式中通常可以是适于支撑丝极208并在操作中产生稳定电子流的任何其它形状。

芯204可以通过如上所述的任何适当手段附接或安装于任何适宜的支撑结构220。如上所述，根据该实施方式，支撑结构220可以看作是丝极组件200的一部分和/或看作是其中安装丝极组件200的仪器或系统的一部分。在所示的实施方式中，支撑结构220是或包括一对丝极柱224a和224b。芯204的轴末端分别附接或安装于丝极柱224a和224b。

丝极208包括第一末端228a、第二末端228b、以及在第一末端228a和第二末端228b之间的细长体。在本发明的实施方式中，细长体塑形为带状物或条状物。典型但不排他地，丝极208(即，细长体)的横截面的尺寸为毫米(mm)数量级。

通常，可以通过任何适宜的手段将第一末端228a和第二末端228b与丝极柱224a和224b电连通。在其中丝极208具有平的面状几何形状的本发明实施方式中，可以经各接触线232a和232b将第一末端228a和第二末端228b与各丝极柱224a和224b电连通。也就是说，接触线232a和232b分别提供第一末端228a和第二末端228b与丝极柱224a和224b之间的电互连。具体地，接触线232a的两个相对端可以各自连接于第一末端228a和丝极柱224a(例如，通过焊接)，而接触线232b的两个相对端可以各自连接于第二末端228b和丝极柱224b(例如，通过焊接)。如果空间允许，第一末端228a和第二末端228b可以电连接于丝极柱224a和224b在靠近芯204的轴末端处的末端。否则，如图所示，第一末端228a和第二末端228b可以在靠近芯204所安装或附接的末端处的点电连接于丝极柱224a和224b的侧面。

细长体的至少中部228c设置在芯204上。如上所述，在一些实施方式中，至少中部228c可以按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。在本发明的实施方式中，丝极208的平的面状几何形状以及使用接触线232a和232b作为与丝极柱224a和224b的互连物能够使丝极208的整个长度都设置在芯204上，由此由芯204支撑。在本发明的实施方式中，高电阻构造如下实现：将至少中部228c按螺旋路径缠绕在芯204(和由此的芯轴216)周围。如本申请所述，在其它实施方式中，高电阻构造可以实现为蜿蜒的(或曲折的)路径。

正如其它实施方式所述且在图2d中可最好地显示，热离子发射层212设置在芯204上，由此包封丝极208的至少中部228c。

以下将参考图2a-2e描述制造根据一种实施方式的丝极组件200的方法的实例。通常，可以提供芯204和丝极208，使得丝极208的细长体的至少中部228c设置在芯204上，并且可以按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。在本发明的实施方式中，这可以通过与三维物体兼容的激光蚀刻或紫外线(uv)光刻(光刻)的技术实现。以下描述可以使用的光刻工艺的一种非限制性实例。在其它实施方式中，可以使用其它制造技术，包括非光刻技术。

参考图2a，芯204可以提供为实心或空心圆柱体的形式。可以如下提供丝极208：首先在芯204上设置或形成丝极材料的片或层236，或在芯204的整个外部纵向表面周围进行以形成丝极材料的管或筒，或在芯204的至少一部分外部纵向表面周围进行以形成丝极材料的管或筒。可以通过适于丝极材料的组成的任何方法在芯204上设置或形成丝极材料的片或层236。作为一个实例，丝极材料可以通过真空沉积技术例如适宜的化学气相沉积(cvd)或物理气相沉积(pvd)技术形成。作为另一个实例，丝极材料可以起初作为预成型片提供，然后将其缠绕在芯204周围。可以使用下述适度强而耐热的粘合介质将预成型片固定于芯204，所述粘合介质能够经受丝极组件200使用过程中遇到的热循环而又不会导致丝极材料与芯204分离。

参考图2b，丝极材料的片或层236涂布有光刻胶层240例如基于环氧树脂的光刻胶(例如，su-8)。在图示的实例中，然后可以如下将匹配所需高电阻构造的图案244划定在光刻胶上：将电磁能(例如，可见光，紫外(uv)光等)以适当的波长(nm)和剂量(mj/cm²)引导通过具有相应图案的光掩模(未显示)上。其它实施方式可以使用另一种类型的曝光能量，例如电子束，x射线能，或激光。在所示的实施方式中，图案244是螺旋状的，而在其它实施方式中可以是蜿蜒的或曲折的，如上所述。对于三维物体例如丝极材料层236，在用uv光照射组件之前，可以先将光掩模与丝极材料层236对准并顺应地施用到丝极材料层236上。或者，可以使用更为常规的光掩模和刻线，并且或以角增量围绕芯轴216旋转，或保持固定而使芯204、丝极材料层236、和光刻胶层240的组件以角增量围绕芯轴216旋转。应该知道，微电子制造所需的特征分辨率和准确率的水平并不是本申请公开的丝极制造方法所必需的。

可以使用负性光刻胶，其本身可溶于适当选择的光刻胶显影剂溶液(或“显影液”)。负性光刻胶上通过光掩模的窗口(开口)曝光于uv光的区域在曝光于uv光之后变得不溶于显影液(由于固化或交联)，而未曝光区域仍可溶于显影液。这样的话，光掩模的图案正(或直接)匹配所需高电阻构造的图案244。或者，可以使用正性光刻胶，其本身不溶于显影液。正性光刻胶上通过光掩模的窗口曝光于uv光的区域在曝光于uv光之后变得可溶于显影液(由于变性或其它降解机理)，而未曝光区域仍不溶于显影液。这样的话，光掩模的图案与所需高电阻构造的图案244互补，或相反或负匹配所需高电阻构造的图案244。

不管哪种情况，将组件曝光于uv光会在光刻胶层中产生不溶性光刻胶的图案。曝光之后，移走光掩模，并施用显影液以溶解光刻胶的可溶性区域。然后冲掉显影液和溶解的光刻胶材料。这会使得，丝极材料的图案244由剩余的光刻胶(其不溶于显影液)保护，而丝极材料层236的剩余部分现在是曝光的。

参考图2c，然后将适宜的湿法蚀刻剂(例如，化学品)或干法蚀刻剂(例如，氧等离子体，离子束等)施用于组件以除去丝极材料层236的曝光部分，从而仅在芯204上留下丝极材料的图案244。然后通过适宜的蚀刻剂或其它手段除去置于丝极材料的图案244上的剩余光刻胶，从而完成具有高电阻构造的丝极208的制造。

本领域技术人员应知道，以上光刻类方法可以包括本申请未详述的其它步骤，例如表面处理或清洗、冲洗、烘焙等

参考图2d，然后可以如下将丝极组件200组装于丝极柱224a和224b：将芯204的轴末端安装或附接到各丝极柱224a和224b上或安装或附接于各丝极柱224a和224b。然后可以如下将丝极208的第一末端228a和第二末端228b电耦合于各丝极柱224a和224b：分别将接触线232a和232b在第一和第二末端228a和228b与丝极柱224a和224b之间互连，如上所述。然后可以将丝极组件200与丝极柱224a和224b作为单元安装在离子源中。或者，当丝极组件200已经安装于并电连接于丝极柱224a和224b时，可以将丝极柱224a和224b预安装在离子源中。

图2e是丝极组件200由两圈丝极208占据的纵截面(丝极组件200沿芯轴216的长度)的侧视图。正如所示，在将丝极组件200安装于丝极柱224a和224b之后或之前，可以如上所述将热离子发射层212施涂于芯204，使得热离子发射层212包封(例如，共形设置在其上)丝极208的至少中部228c(图2d)，由此完成丝极组件200的制造。

在制造丝极组件200的方法的另一种实施方式中，芯204可以提供为实心或空心圆柱体的形式，且可以如下提供丝极208：首先在芯204上设置或形成丝极材料的片或层236，如上所述。将具有负匹配高电阻构造(如果需要)的图案244的开口图案的掩模与丝极材料层236对准，并将其共形施涂于丝极材料层236上。因此，丝极材料上对应于图案244的区域在掩模下被保护，而丝极材料的剩余区域通过掩模的开口曝光。然后将掩模本身不与其反应的适宜的湿法或干法蚀刻剂施涂于组件，由此丝极材料的未保护区域被蚀刻掉。这可使得形成具有高电阻构造的丝极208。然后如上所述将热离子发射层212施涂于芯204，从而完成丝极组件200的制造。

在制造丝极组件200的方法的另一种实施方式中，具有所需高电阻构造的丝极208通过材料添加法(material-additiveprocess)而非上述的材料减去法(material-subtractiveprocesses)形成。芯204可以如上所述提供为实心或空心圆柱体的形式。将具有正(或直接)匹配所需高电阻构造的图案244的开口图案的掩模与芯204对准，并将其共形施涂于芯204上。然后例如经由cvd或pvd将丝极材料通过掩模的开口沉积。这可使得形成具有高电阻构造的丝极208。然后可以如上所述将热离子发射层212施涂于芯204，从而完成丝极组件200的制造。

图3a和3b是说明制造根据另一种实施方式的丝极组件300的方法的实例的图解透视图。

首先参照图3b，其说明制造的丝极组件300在其已经安装并电连接于丝极柱324a和324b之后的实例。丝极组件300可以包括芯304，丝极308，和热离子发射层312。芯304、丝极308、和热离子发射层312的材料组成可以如以上关于图1中所示的丝极组件100所述。

芯304具有沿芯轴316的芯长度，并且可以沿芯轴316延伸。芯304可以是实心的或空心的，并且可以具有整体结构或复合结构。在所示的实施方式中，芯304是圆柱形的，而在其它实施方式中通常可以是适于支撑丝极308并在操作中产生稳定电子流的任何其它形状。芯304可以通过如上所述的任何适当手段附接或安装于任何适宜的支撑结构320。如上所述，根据该实施方式，支撑结构320可以看作是丝极组件300的一部分和/或看作是其中安装丝极组件300的仪器或系统的一部分。在所示的实施方式中，支撑结构320是或包括一对丝极柱324a和324b。芯304的轴末端分别附接或安装于丝极柱324a和324b。

丝极308包括第一末端328a、第二末端328b、以及在第一末端328a和第二末端328b之间的细长体。在本发明的实施方式中，细长体塑形为带状物或条状物。丝极308(即，细长体)的横截面的尺寸(例如，宽度和高度)可以类似于以上针对图2c-2e中所示的丝极208所给的那些尺寸。通常，可以通过任何适宜的手段将第一末端328a和第二末端328b与丝极柱324a和324b电连通。在其中丝极308具有平的面状几何形状的本发明实施方式中，可以经各接触线332a和332b将第一末端328a和第二末端328b与各丝极柱324a和324b电连通，如上所述与图2e中所示的丝极组件200连接。如上所述，细长体的至少中部328c设置在芯304上，并且可以按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸，所述高电阻构造可以例如呈现螺旋路径或蜿蜒(或曲折)路径。

正如其它实施方式中，热离子发射层312设置在芯304上，由此包封丝极308的至少中部328c。

图3a说明制造丝极组件300的方法的初始步骤的实例。丝极组件300可以按照类似于以上针对丝极组件200所述的方式制造，所不同的是丝极材料最初以空心圆筒336的形式提供，且芯前体材料最初以浆料形式提供，例如陶瓷材料(例如，颗粒)和水、以及任选的一种或多种功能添加剂例如粘合剂的浆料。将浆料倒入由丝极材料筒围住的体积内，直到浆料填充全部或部分的该体积，然后使其固化，由此形成能够支撑丝极材料的实心芯304。根据该实施方式以及浆料的组成，可以进行各种工艺步骤以形成实心芯304。例如，可能需要包括以下的多个交替步骤：将浆料压制(压实，压紧)成圆筒336(例如通过操作活塞结构以使水从该体积脱离)，和将另外的浆料倒入圆筒336中。作为另一个实例，可以进行适当的步骤，以完成移除水和使芯前体材料固化或凝固的过程，例如空气干燥，真空干燥，烘烤，烘焙，烧结，固化等。

一旦图3a中所示的组件已经形成，然后可以根据本申请所述方法的任一种形成具有高电阻构造的丝极308。然后可以将所得丝极组件300组装于丝极柱324a和324b：将芯304的轴末端安装或附接在各丝极柱324a和324b上或安装或附接于各丝极柱324a和324b，和经接触线332a和332b将丝极308的第一末端328a和第二末端328b与各丝极柱324a和324b电连通，如图3b中所示且如上所述。正如所示，在将丝极组件300安装于丝极柱324a和324b之后或之前，可以根据本申请所述方法的任一种增加共形热离子发射层。

在另一种实施方式中，丝极材料可以如刚刚所述最初以空心圆筒336的形式提供，芯304可以最初以实心体的形式提供，例如杆状体，其可以是类似于本申请公开的其它实施方式的圆柱体。可以将实心芯304插入空心圆筒336(其可以承载实心芯304，例如将实心芯304压装到空心圆筒336中)，其后可以如本申请所述进行进一步的加工和/或组装步骤。

图4是根据另一种实施方式的丝极组件400的实例的图解透视图。丝极组件400可以包括芯404，丝极408，和热离子发射层412。芯404、丝极408、和热离子发射层412的材料组成可以如以上关于图1中所示的丝极组件100所述。

通常，丝极组件400的构造可以类似于以上描述且在图2a-2d中所示的丝极组件200的构造，或类似于以上描述且在图3a和3b中所示的丝极组件300的构造。因此，芯404具有沿芯轴416(伸长)的芯长度。芯404可以是实心的或空心的，可以具有整体结构或复合结构，可以是圆柱形的或具有另一种适宜的形状，并且可以附接或安装于任何适宜的支撑结构420例如一对丝极柱424a和424b。芯404的轴末端可以分别附接或安装于丝极柱424a和424b。

丝极408包括第一末端428a、第二末端428b、以及在第一末端428a和第二末端428b之间的细长体。细长体可以塑形为带状物或条状物，其尺寸可以为毫米(mm)数量级并且可以与以上通过图2c-2e所示的丝极208的非限制性实例给出的那些尺寸相同或相似。可以通过任何适宜的手段将第一末端428a和第二末端428b与丝极柱424a和424b电连通，例如通过经由各接触线432a和432b提供电互连。细长体的至少中部428c设置在芯404上，并且可以按高电阻构造沿芯长度的至少一部分延伸。在本发明的实施方式中，丝极408的平的面状几何形状以及使用接触线432a和432b作为与丝极柱424a和424b的互连物能够使丝极408的整个长度都设置在芯404上，由此由芯404支撑。在本发明的实施方式中并且正如所示，高电阻构造由沿蜿蜒或曲折路径横跨在芯404外表面的至少一部分的至少中部428c实现。

正如在其它实施方式中，热离子发射层412设置在芯404上，由此包封丝极408的至少中部428c。

丝极组件400可以根据本申请其它地方描述的方法的任一种制造。特别的，具有任选需要的高电阻构造的丝极408可以根据本申请所述的材料添加法或材料减去法的任一种形成。在另一种实施方式中，具有高电阻构造的丝极408可以预成型，然后可通过适宜的粘合或层合技术将丝极408安装或附接于芯404。

本发明另外包括其它实施方式，在所述其它实施方式中丝极组件包括来自任何上述实施方式的组分或特征的组合，包括图1-4中所示的实施方式。

从以上描述中可明显看出，本申请公开的丝极组件相比已知的丝极组件可以提供一种或多种优势。首先，丝极可以沿其整个长度或沿其长度的大部分得到支撑，从而消除或至少最小化由加热引起的丝极移动和变形。第二，可以构造丝极，使得应力消除或至少最小化，这也有助于使由加热引起的丝极移动和变形消除或至少最小化。第三，丝极组件的构造可使热离子发射层以更均匀的方式形成，由此可使电子样品密度能以较低的丝极温度蒸脱热离子发射层。第四，可以改善丝极组件的形貌的尺寸精确度，由此改善电子的聚焦并得到较低的操作电流。以上优势的任一种或多种或全部可有助于改善增加的丝极寿命，电子流的稳定性也可增加。稳定性可以在高水平保持较长的使用时间且历经较长的丝极寿命。

本申请公开的丝极组件可以与需要产生自由电子的任何设备或系统联合用作电子源(或电子发射体)。实例包括但不限于，电子枪例如可以用于阴极射线管(crts)，研究粒子物理学的装置等；需要电子束(e-束)来与表面或分子相互作用而用于制造或微制造的系统；利用电子束用于照明的分析/测量仪器和检测器，例如电子显微镜；利用电子束用于使分子电离或使离子碎化的分析/测量仪器和检测器，例如质谱仪；需要用于产生等离子体的种子电子源(等离子体源)以用于以下作用的装置，基于等离子体的电离、光致电离、照明、表面清洗、表面蚀刻、表面处理、表面功能化、灭菌等；真空管；白炽灯光源；加热装置等。

图5是根据一种实施方式的电子源(或电子发射体)500的实例的图解视图。电子源500包括根据本申请公开的实施方式任一项的丝极组件，例如丝极组件100(或200，300，或400，或其它)。在一些实施方式中，丝极组件100可以包括多于一根丝极，或者可以提供多于一个丝极组件100。电子源500还包括真空室552。根据该实施方式，可以将真空室552抽气并永久密封隔绝环境，或者真空室552能够被抽气并通过适宜的真空抽气系统(未显示)保持在所需真空水平。电子源500可以包括一个阳极556和一个或多个另外的电极(电子光学件)558，对这些电极进行配置，从而将原样产生的电子聚集和加速为电子束(或“e-束”)560，以及引导电子束560按照给定应用中的要求穿过产生的一个或多个具有适当空间和极性取向的静电场。电子光学件558可以包括电子反射极562，其置于丝极组件上与电子流预设流动方向相反的一侧上。电子反射极562适当偏转以将原样产生的电子朝着预设方向推进。根据所述实施方式，真空室552可以包括电子束560穿过其中的小出口564。电子源500可以用于上述的各种应用，且可受益于提供的如本申请教导构造的丝极组件100(或200，300，或400，或其它)。

很多用于分析样品的技术和/或用于检测是否存在特定的生物化合物、化学化合物、或生物化学化合物或微量元素的技术都要求将待研究样品(已知或怀疑其包含某种目标分析物或特定微量元素)在制备中离子化以便通过质谱(ms)分析或检测。为使样品电离而配置的装置通常称为离子源。离子源可以根据其是在真空操作还是在大气压操作进行分类。离子源可以根据它们实现电离所实施的技术类型来进一步分类。有些技术仅能在真空体系或仅能在大气压体系实施。不管哪种情况，ms本身必须在高真空(极低压力)操作。

广泛用于质谱(ms)的真空离子源的一个实例是电子(碰撞)电离源或ei源。在典型的ei源中，将样品物质以分子蒸气的形式引入到电离室中。电子发射体(或电子源)用于在与样品物质相互作用的电离室中产生电子束，或产生电子束并导入所述电离室。本申请公开的丝极组件、或丝极组件和有关电子源可以在这样的应用中用作电子源。在操作中，将待分析或检测的样品沿与电子束路径交叉的路径引入到电离室。在样品和电子路径交叉的区域中电子束轰击样品物质，由此产生样品物质的电离。

基于ms的分析仪器通常包括本申请所述的离子源如ei源；质量分析仪，其用于从离子源接收离子并基于它们的质荷比(或m/z比，或更简称为“质量”)分离离子；离子检测仪，其用于计算分离的离子；和电子器件，其用于按需处理来自离子检测器的输出信号，从而制作能向用户说明的质谱。通常，质谱是表示检测离子的相对丰度与它们m/z比的关系的一系列峰。质谱可以用于确定是否存在样品的某些组分，并进一步确定样品组分的分子结构，从而使得能够定性和定量地表征样品。

再在其它应用中，利用ei源的基于ms的分析仪器是检漏器，其使用示踪气体(例如，氦气，氢气，氚气，氩气等)来确定制造制品(“在试装置”或dut，或“在试单元”或uut)是否泄漏。在这种情况下，示踪气体是“样品”。在一个实例中，dut的内部与ei源流体连接并置于测试室中。测试室充有加压氦气，dut通过氦气检漏器的真空抽气系统来排空。如果存在泄漏，测试室中的氦分子穿过泄露位点进入dut的内部，并进入ei源。在另一个实例中，dut本身内部充有加压氦气并置于测试室中。在这种情况下，测试室与ei源流体连接并通过真空抽气系统来排空。如果存在泄漏，dut内部的氦分子穿过泄露位点进入测试室，并进入ei源。不论哪种情况，ei都会将氦分子电离并将所得氦离子输送到ms用于检测和定量化。

在其它实施方式中，ei源可以配置为化学电离(ci)源。在这种情况下，使试剂气体进入电离室，将其通过电子束电离。所得试剂离子与样品物质相互作用，产生分析物离子，这是本领域技术人员所知的。

在其它实施方式中，本申请所述的丝极组件和/或有关电子源可以配置在ms中以产生电子用于通过电子捕获解离(ecd)、电子转移解离(etd)、或本领域技术人员所知的有关技术将离子碎化或解离。在这种情况下，置于ms前端的离子源可以是任何类型的离子源，并产生“母”离子。在这种情况下，丝极组件和有关光学件可以置于碎化室(或池)，该碎化室(或池)位于离子源和ms之间的离子光学轴(即，沿离子工作流)上的位置。从丝极组件发射的电子与碎化室中的母离子束相互作用，产生“子”离子，然后可将其输送至下游ms。

在其它实施方式中，除了作为ei源或ci源，离子源还可以作为基于等离子体的离子源，其中通过使形成等离子体的气体经受适当的能量输入(例如，射频，微波等)来产生和维持等离子体，这是本领域技术人员所知的。在这种情况下，本申请所述的丝极组件可以用于提供种子电子，种子电子有助于从最初未赋能的形成等离子体的气体击打出等离子体。样品电离可以通过使样品物质暴露于等离子体来进行。或者，可以将等离子体限制在将光子传给样品物质的窗口后面，由此通过光致电离(pi)进行样品电离。

针对本申请的目的应该理解的是，当称一个层(或膜，区域，基底，组成部件，装置等)是“在另一个层上面”或“在另一个层上方”时，该层可以直接或真实地在所述另一个层上面(或上方)，或者也可以存在中间层(例如，缓冲层，过渡层，夹层，牺牲层，蚀刻终止层，掩模，电极，互连线，接触线等)。除非另有所述，否则“直接在另一层上面”的层表示不存在中间层。也应理解，当称一个层是在另一个层的“上面”(或“上方”)时，该层可以覆盖另一个层的整个表面，或者可以仅覆盖另一个层的表面的一部分。还应理解的是，术语例如“在…上形成”或“设置在…上”不意在对材料运输、沉积、制造、表面处理、或者物理、化学、或离子键合或相互作用引入任何限制。术语“插入的”也按类似方式解释。

也应该理解，本申请使用的术语例如“信号连通”或“电连通”及其派生词表示两个或更多个系统、装置、组成部件、模块、或子模块能够经由在一定类型信号路径上行进的信号彼此连通。所述信号可以是通信信号，功率信号，数据信号，或能量信号，其可以将信息、功率、或能量从第一系统、装置、组成部件、模块、或子模块沿第一和第二系统、装置、组成部件、模块、或子模块之间的信号路径传送给第二系统、装置、组成部件、模块、或子模块。信号路径可以包括物理连接，电连接，磁连接，电磁连接，电化连接，光学连接，有线连接，或无线连接。信号路径也可以包括在第一和第二系统、装置、组成部件、模块、或子模块之间的另外的系统、装置、组成部件、模块、或子模块。

更广泛地，术语例如“连通”和“...连通于”(例如，第一组成部件“与第二组成部件连通”或“处于与第二组成部件连通状态”)在本申请用于表示两个或更多个组成部件或元件之间的结构关系、功能关系、机械关系、电关系、信号关系、光学关系、磁力关系、电磁关系、离子关系或流体关系。由此，讲述一个组成部件与第二组成部件连通不意在排除以下可能性：在两者之间可以存在另外的组成部件，和/或与第一和第二组成部件操作性联合或啮合。

应该理解，可以在不背离本发明范围的情况下变化本发明的各个方面和细节。此外，以上描述仅针对说明的目的，而非限制的目的—本发明由所附权利要求限定。