管徑漸縮式靜電透鏡束流動力學研究

尹毅 張紅強 彭雄剛 況鵬 張鵬 劉福雁 田麗霞 李潤東 楊鑫 曹興忠 王寶義

1（東華理工大學 核科學與工程學院 南昌 330013）

2（中國科學院高能物理研究所 多學科研究中心 北京 100049）

3（中國工程物理研究院 核物理與化學研究所 綿陽 621900）

束流是許多帶電粒子的集合，其組成粒子的能量、發(fā)散角等初始狀態(tài)影響粒子束的整體狀態(tài)，為獲取高品質(zhì)束流，多對初始束流進行聚焦。束流聚焦方式通?？煞譃槿N：電透鏡聚焦［1-3］、磁透鏡聚焦［4］以及電磁透鏡組合聚焦［5］。依賴軸對稱的非均勻電場或磁場，可改變束流中帶電粒子的運動軌跡［6］，使其匯聚或發(fā)散。最早的磁透鏡在1926年由德國學者Busch提出，其發(fā)現(xiàn)具有軸對稱結(jié)構(gòu)的磁場可對帶電粒子產(chǎn)生聚焦作用［7］，并且采用磁透鏡可有效避免聚焦過程中的粒子減速現(xiàn)象，能夠有效改善系統(tǒng)時間分辨率。磁透鏡的顯著特點是聚焦磁場由較大體積線圈提供，并且需要不斷耗能。

相比磁透鏡，電透鏡能耗低，適用于低能帶電粒子聚焦；同時，電透鏡規(guī)模緊湊，方便集成。例如，電子槍中集成的多級靜電透鏡，可在有限的空間內(nèi)對熱陰極產(chǎn)生的低能電子束進行橫向聚焦［8-11］。不僅如此，電透鏡對于荷質(zhì)比較大的離子，在高空間分辨聚焦上具有獨特優(yōu)勢。例如，聚焦離子束（Focused Ion Beam，F(xiàn)IB）技術(shù)使用的電透鏡能夠?qū)㈦x子源發(fā)射的離子束精準加速、聚焦至樣品表面，從而實現(xiàn)對離子束的超高精度控制，廣泛應(yīng)用于刻蝕、薄膜沉積、表面處理以及半導體微細加工［12-13］?！?br>