本发明属于粒子束光学系统，涉及一种带电粒子束光学系统的束分离装置。
背景技术：
1、带电粒子束光学系统，尤其是电子显微镜已被广泛用于材料科学研究和半导体工艺检测。常规的电子显微镜或粒子束检测设备只使用一束粒子用于成像，为提高检测效率，改进方案之一是使用多束粒子束同时成像。其中涉及到的一项关键技术是如何区分多束粒子束产生的二次电子信号，可行的实现方法是让二次电子反向进入初级粒子束透镜反向传播并放大，投射于阵列探测器上。为了布置较大尺寸的探测器并且减小对初级粒子束的影响，需要将二次电子束从镜筒中分离出来，需要在原有粒子束光路中增加一个粒子束分离装置。
2、用于分离沿相反方向传播的带电粒子束的装置(以下简称束分离装置)实质上是一种动量过滤器，后者包括磁棱镜和wien过滤器。磁棱镜使用与入射粒子束方向垂直的均匀磁场，带电粒子在其中作圆周运动，利用动量/电荷比不同的粒子偏转半径不同这一原理来分离粒子束。对于传播方向相反的带电粒子束，其偏转方向相反，从而实现束分离。但使用磁棱镜要求初级粒子束和二次粒子束都相比原有的镜筒发生偏转，增加了复杂程度。
3、wien过滤器则使用了与入射粒子束都垂直的一组正交电场和磁场，带电粒子在其中穿过时，特定能量的粒子可以基本沿直线传播，动量不同的粒子则发生偏转。在wien过滤器中，电场、磁场、粒子束入射轴三者互相垂直，电荷量q的粒子在电场e中所受电场力大小为qe，电场力方向取决于电荷符号平行或反平行于电场。粒子同时在磁场b中所受磁场力大小为qvb，与粒子速度v成正比，磁场力方向垂直于磁场从而平行或反平行于电场。当配置电场或磁场的方向使得粒子束所受电场力与磁场力方向相反时，满足条件e＝vb的粒子即可准直通过。使用wien过滤器作为粒子束分离装置，可以保持其中初级粒子束方向不变，有利于保持成像质量、降低复杂度。
4、理想状态下的wien过滤器中磁场与电场处处相等，然而实际设备存在边界，在边界处的磁场和电场必然发生变化，因此wien过滤器的设计要点在于使e/b的比值尽量处处相同。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了提供一种带电粒子束光学系统的束分离装置，以用于分离电子显微镜中的二次电子束，且不会对初级电子束的聚焦性能产生明显的负面影响。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种带电粒子束光学系统的束分离装置，包括：
4、金属壳体，其用于屏蔽外界电场和磁场以及提供结构支撑；
5、八个布置在所述金属壳体内并围绕一个共同圆心的金属电极，其中，相邻的三个金属电极连成一个整体并作为正极，与所述正极位置相对的另外三个金属电极连成一个整体并作为负极，位于所述正极和负极之间的其余两个金属电极则作为中性极，所述正极与负极配置成在施加电压后在所述金属电极之间产生电场，所述金属电极中的全部或部分还作为磁极，并配置成产生与所述电场方向垂直的磁场；
6、励磁线圈，其用于产生所述磁场；
7、屏蔽板，其安装在所述金属壳体的顶面和底面，在屏蔽板的中心加工有供带电粒子束穿过的圆孔。
8、进一步的，所述束分离装置还包括电源，其用于提供所述正极、所述负极之间的电场，以及提供所述励磁线圈工作的电流。
9、进一步的，两个中心极的中心轴线的方向与磁场方向平行。
10、进一步的，所述正极、所述负极分别通过绝缘定位件固定在所述金属壳体内部。
11、更进一步的，所述绝缘定位件由绝缘材料制成。
12、进一步的，所述励磁线圈位于所述金属壳体、或位于所述磁极之间的连接部位上，共同为所述磁极提供所述磁场。为实现均匀对称的磁场，并且与电场垂直，要求励磁线圈产生的磁通量传递到两组磁极上成为大小相等，极性相反的磁极；要求励磁线圈在两个轴向均为对称分布。具体的数量与布置位置可根据本领域的公知常识进行调整。
13、进一步的，所述金属电极的中心轴线的延长线均经过所述共同圆心，且每个金属电极朝向或背向所述共同圆心的表面分别独立的为平面或圆弧面。
14、更进一步的，所述平面或圆弧面和与其相邻的表面之间具有倒角或外圆角。
15、更进一步的，所有金属电极上背向所述共同圆心的表面所围成的圆或外接圆的直径，为所有金属电极朝向所述共同圆心的表面所围成的圆或内切圆的直径的1.5倍至10倍。比值过小无法保证电场/磁场分布准确度，比值过大会造成装置半径过大，不利于加工和安装。
16、进一步的，所述金属电极具有相同且对称的外形，其围绕所述共同圆心均匀间隔分布，每个金属电极占据圆周角度为5°～40°，相邻两个金属电极之间的间隙所占据的圆周角度为5°～40°。
17、进一步的，8个金属电极中，每间隔一个取一个形成两组金属电极，每组金属电极具有相同且对称的外形并围绕所述共同圆形均匀间隔分布，每个金属电极所占据的圆周角度为5°至60°之间，相邻两个金属电极之间的间隙所占据的圆周角度为5°至40°之间。
18、进一步的，所述金属电极由导磁材料制成。
19、进一步的，正极、负极分别采用连接部连成整体，为了使磁场分布尽量与电场分布相同，金属壳体、连接部、电极都应当采用具有较高磁导率的磁性材料，例如铁镍合金、铁铝合金等。
20、进一步的，所述屏蔽板为金属盖板，其用于屏蔽外界电场磁场，并且可以限制轴上电场与磁场的分布范围。
21、用于带电粒子束成像系统(如电子显微镜)的wien过滤器要求对主电子束引入像差尽量小，这就要求在轴线上电场和磁场的比值尽量保持恒定、垂直于轴线的平面上电场和磁场分布尽量均匀。本发明1)通过使用电磁极共用的设计，相比与电极磁极分离式结构，提高了轴上电场和磁场比值的均一性；2)使用8个电/磁极，相较于只用各一对共4各电/磁极的设计，提供了垂直于轴线平面上均匀度的优化能力，有助于减小像差；3)所设计的电极和壳体连接方式，有利于提高装配精度。相较于此前只用于数百ev的二次电子束的设计，本发明设计的束分离器在将5kev的二次电子偏转到轴外30°的强度下，其对初级电子束的像差影响仍在可接受范围内。
22、与现有技术相比，采用本发明所述粒子束分离器，可用于分离电子显微镜中的二次电子束，且不会对初级电子束的聚焦性能产生明显的负面影响。
1.一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，所述正极、所述负极分别通过绝缘定位件固定在所述金属壳体内部。
3.根据权利要求1所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，该束分离装置还包括电源，其用于提供所述正极、所述负极之间的电场，以及提供所述励磁线圈工作的电流。
4.根据权利要求1所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，所述励磁线圈位于所述金属壳体、或位于所述磁极之间的连接部位上，共同为所述磁极提供所述磁场。
5.根据权利要求1所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，所述金属电极的中心轴线的延长线均经过所述共同圆心，且每个金属电极朝向或背向所述共同圆心的表面分别独立的为平面或圆弧面。
6.根据权利要求5所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，所述平面或圆弧面和与其相邻的表面之间具有倒角或外圆角。
7.根据权利要求5所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，所有金属电极上背向所述共同圆心的表面所围成的圆或外接圆的直径，为所有金属电极朝向所述共同圆心的表面所围成的圆或内切圆的直径的1.5倍至10倍。
8.根据权利要求1所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，所述金属电极具有相同且对称的外形，其围绕所述共同圆心均匀间隔分布，每个金属电极占据圆周角度为5°～40°，相邻两个金属电极之间的间隙所占据的圆周角度为5°～40°。
9.根据权利要求1所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，8个金属电极中，每间隔一个取一个形成两组金属电极，每组金属电极具有相同且对称的外形并围绕所述共同圆形均匀间隔分布，每个金属电极所占据的圆周角度为5°至60°之间，相邻两个金属电极之间的间隙所占据的圆周角度为5°至40°之间。
10.根据权利要求1所述的一种带电粒子束光学系统的束分离装置，其特征在于，所述金属电极由导磁材料制成。
