Page 74 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

蒋蓉蓉，等：离子束抛光仪的维护保养

维护方法，使仪器能尽量处于良好的工作状态，延长 要求严格的测试。
仪器使用寿命，还归纳总结了使用过程中常见的问 Leica EM TIC 3X型三离子束抛光仪有 3个相
题和解决方法，以供更多使用者参考。 同结构的离子源，每个离子源由前阴极、前韦氏帽、

1 离子源维护 前陶瓷环、阳极、后陶瓷环、后韦氏帽、后阴极等7个
部分组成（见图1）。其中，前后阴极和前后韦氏帽
1.1 离子源的结构和工作原理
的形状、尺寸不同，不能互换，而前后陶瓷环形状尺
离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出
离子束流的装置。Leica EM TIC 3X型三离子束抛 寸一致，可以通用。前阴极接地，中间有离子束出射
光仪的离子源属于阳极层离子源，是一种不需要加 孔；前韦氏帽、后韦氏帽分别用于连接前阴极和陶瓷
热灯丝阴极便可以进行电荷补偿的离子源，其具有 环、后阴极和陶瓷环；陶瓷环用于隔离阴极和阳极，
离子能量分布发散、容易实现大面积化离子源、离子 起到绝缘作用；阳极接正电压，朝向前阴极的部位刻
束流密度较大、可以在反应气氛下长时间工作等优 有一道环线用于指示方向；后阴极和前阴极一样是
点，该抛光仪适用于对清洁度、平整度、残余应力等 接地部件，但是没有离子束出射孔。

图 1 离子源的结构

工作时，氩气从阳极上的6个气体分配孔（以两 阳极放电室形成的氩离子起初既向轴向的阴极
个为一组，共3组分布在阳极外壁一圈，相互呈120° 加速，又向径向的对称轴加速，因为动量的存在，向
夹角）进入阳极包围的放电区，在中间的阳极上施加 对称轴运动的氩离子不会停留在对称轴，而是会继
高压，前后阴极和前后韦氏帽均接地，此时，阳极和 续运动，通常会被对称轴另一侧的正电压反射，根据
前后阴极之间存在电势差。从阴极发射的电子近似 离子形成位置的不同，其可能在离开离子源之前多
沿磁力线进入该放电区，与氩原子或氩分子发生碰 次穿越对称轴。行进路径具有多样性，因此氩离子
撞，其中一些碰撞产生了带正电的氩离子，放电区的 在离开离子源阴极出射口后形成了宽离子束。离子
电子和氩离子的混合物构成了等离子体。氩离子在 束中的正电荷会被阴极产生的一部分电子中和。阴
电场中被加速从阳极推向阴极，由于有前后两个阴 极产生的绝大部分电子回到阳极产生离子，同时又
极的存在，分别有两组氩离子束加速向两个阴极移 形成电势差，加速离子向阴极外部运动。
动，其中一束被没有出射口的后阴极挡住，而另一束 氩离子束在被加速推向阴极的过程实际上也是
将通过前阴极的出射口射出，轰击试样表层原子，起 轰击阴极的过程。阴极的主要成分为铝，因此在试
到刻蚀抛光试样的作用。 样抛光过程中，阴极被轰击后产生了铝离子和电子。

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