测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置及方法制造方法及图纸

一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置及方法，其中装置包括收集极、两只电流表和电子枪；收集极为两层且开口朝下的结构，结构顶部开有预留孔；样品的上表面置于收集极内部且位于预留孔的正下方，电子枪通过预留孔将入射电子打到样品上；一只电流表记为电流表A连接在样品与地之间；另一只电流表记为电流表B连接在收集极内表面与地之间，收集极的外表面接地。

Device and method for measuring two electron emission coefficient of metallic material in low energy range

A device and method for measuring the secondary electron emission coefficient of metal materials in a low energy range, wherein the device comprises a collector, two ammeters and an electron gun, a two-layer collector structure with an opening facing down and a reserved hole at the top of the structure, and the upper surface of the sample is placed inside the collector and directly below the reserved hole, and the electrons are arranged. The gun strikes the incident electrons through a reserved hole; one ammeter connects the ammeter A between the sample and the ground; the other ammeter connects the ammeter B between the inner surface of the collector and the ground, and the outer surface of the collector is grounded.

【技术实现步骤摘要】
测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置及方法
本专利技术涉及一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的方法，属于微波部件微放电领域。
技术介绍
微放电效应是影响航天器大功率微波部件性能、可靠性的重要因素，而二次电子发射系数对微放电阈值影响显著；为了建立微波部件表面的二次电子发射模型，需要准确测量二次电子发射系数；国际上的研究表明，低能量范围的二次电子发射系数对微放电阈值影响显著。而目前国内外的大部分二次电子发射特性测量平台均只能测量高能量范围内的二次电子发射系数，缺乏低能条件下的测试能力，由于控制和测量低能量范围电子的固有复杂性，国际上对低能二次电子发射系数的研究较少，因此对于金属材料低能二次电子发射系数的准确测量具有重要意义。已有的采用电流法测量低能二次电子发射特性的方法，严重依赖于电子枪对电子着地能量的精确控制，测试系统价格昂贵，并且需要进行两次测量才能实现。因此需要发展与现有测量系统兼容的性价比高的低能量范围金属材料二次电子发射系数的测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置及方法。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置，包括收集极、两只电流表和电子枪；收集极为两层且开口朝下的结构，结构顶部开有预留孔；样品的上表面置于收集极内部且位于预留孔的正下方，电子枪通过预留孔将入射电子打到样品上；一只电流表记为电流表A连接在样品与地之间；另一只电流表记为电流表B连接在收集极内表面与地之间，收集极的外表面接地。进一步的，所述的收集极两层之间绝缘，内表面收集，外表面屏蔽。进一步的，开口朝下的结构为倒扣的法拉第杯或者倒U型结构。进一步的，所述的收集极采用无磁金属材料。进一步的，所述电子枪的能量范围10-5000eV。一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的方法，步骤如下：第一步，安装样品，并将上述装置中的收集极、电子枪以及样品放置在真空环境中，给收集极内表面加正偏压Vc；第二步，设定电子枪的阴极电压Vg，给样品施加的偏压Vbias(i)从-Vg开始变化到-Vg+H，分别记录每次i的电流表A的值Ir(i)和电流表B的值Ic(i)；所述的H为二次电子发射系数测量的低能量范围上限；第三步，根据两个电流表的值计算获得低能量范围0-HeV的二次电子发射系数测量结果。进一步的，二次电子发射系数SEY(Vg+Vbias(i))＝Ic(i)/(Ir(i)+Ic(i))。进一步的，所述第一步中的真空环境P＜10-3Pa。进一步的，二次电子发射系数测量的低能量范围上限H≤100eV。进一步的，所述的Vc范围40-60V。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术提供一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的方法，该方法通过固定电子枪阴极电压，调节样品偏压从而实现低着地能量电子的能量准确控制，避免了对电子枪低能量范围控制精度的要求，在电子枪不具备低能电子产生及精确控制能力的条件下实现了低能二次电子发射系数测量，具有较大的普适性，测试系统的成本显著降低；(2)本专利技术采用两个电流表分别连接收集极和样品，同时获得二次电子电流和入射电流与二次电子电流的差，对每个能量点一次测量即可获得二次电子发射系数，显著提高测量效率。(3)本专利技术解决了低能量范围金属材料二次电子发射系数测量的问题，基于该方法可以在已有平台的基础上，快速测量获得金属材料的低能量段二次电子发射系数，普适性更强，为在低能二次电子发射平台不具备条件下微波部件微放电阈值准确评估提供了有效手段和数据支撑。(4)本专利技术采用固定电子枪能量，以样品偏置电压变化来实现不同低着地能量电子的控制，该方法有效避免了对电子枪的约束，普适性更强，装置建造更为灵活。附图说明图1为本专利技术实施例中的低能量范围二次电子发射系数测量示意图；图2本专利技术实施例中的0-50eV的二次电子发射系数测量结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：如图1所示，一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置，主要包括收集极、两只电流表和一把10-5000eV的电子枪提供入射电子；其中收集极为倒扣的法拉第杯或者呈两层倒U型结构，顶部开有预留孔；测试时使用SEM观察，通过具有三维移动及旋转功能的四维样品架，保证样品的上表面置于收集极内部且位于预留孔的正下方；电子枪阴极出射入射电子通过预留孔轰击到样品上表面，电子数目采用电流替代进行统计测量；电流表A负偏压，负责测量漏电流，正极连接样品，负极接地；电流表B正偏压，负责测量二次电子电流，正极接收集极内表面，负极接地，收集极的外表面接地；电子枪阴极出射入射电子，量程为10-5000eV，最小精度为10eV。收集极内层收集，外层屏蔽。为保证收集极内层收集二次电子时，所加偏压不影响入射电子能量的改变，收集极采用无磁金属材料，且内外两层之间绝缘，外层接地屏蔽。本专利技术一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的方法，具体包括如下步骤：步骤(1)、安装样品，并将装置中的收集极、电子枪以及样品放置在真空环境中，保证二次电子发射系数测量在真空度P(10-3Pa)以下的环境中进行，给定二次电子发射系数测量的低能量的范围为0～HeV；H≤100；装置采用机械泵、分子泵同时配合钛升华泵保证测试时的真空度；通过具有三维移动及旋转功能的四维样品架，并配合样品定位装置精确控制电子束照样品的位置和角度。步骤(2)、调节收集极，确保电子枪能通过收集极顶上的预留孔打到样片上，垂直方向上收集极将样品包围在内部，电流表A接样品，电流表B接收集极内表面，两个电流表均接地，收集极外表面接地，收集极内表面加正偏压Vc(40-60V)，连接关系如图1所示；步骤(3)、i＝0，设定电子枪的阴极电压Vg，给样品加负偏压Vbias(0)＝-Vg，读取电流表A的值，记为Ir(0)，读取电流表B的值为Ic(0)；步骤(4)、i＝i+1，Vbias(i)＝-Vg+i*h；读取电流表A的值，记为Ir(i)，读取电流表B的值，记为Ic(i)，判断Vg+Vbias(i)>H，否执行步骤(4)，是测量结束，执行步骤(5)；h为迭代步长，根据实际计算需要自由选取。步骤(5)、二次电子发射系数SEY(Vg+Vbias(i))＝Ic(i)/(Ir(i)+Ic(i))实施例采用镀金样片进行实施：(1)、安装样品，保证二次电子发射系数测量在真空度P＝10-8Torr以下的环境中进行，给定二次电子发射系数测量的低能量的范围为0～50eV；(2)、调节收集极，确保电子枪能通过收集极顶上的预留孔打到样片上，垂直方向上收集极将样品包围在内部，电流表A接样品，电流表B接收集极内表面，两个电流表均接地，收集极外表面接地，收集极内表面加正偏压Vc＝50V，连接关系如图1所示；(3)、i＝0，设定电子枪的阴极电压Vg＝200V，给样品加负偏压Vbias(0)＝-Vg，读取电流表A的值，记为Ir(0)，读取电流表B的值为Ic(0)；(4)、i＝i+1，Vbias(i)＝-Vg+i*h；取h＝1；读取电流表A的值，记为Ir(i)，读取电流表B的值，记为Ic(i)，判断Vg+Vb本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置，其特征在于：包括收集极、两只电流表和电子枪；收集极为两层且开口朝下的结构，结构顶部开有预留孔；样品的上表面置于收集极内部且位于预留孔的正下方，电子枪通过预留孔将入射电子打到样品上；一只电流表记为电流表A连接在样品与地之间；另一只电流表记为电流表B连接在收集极内表面与地之间，收集极的外表面接地。

【技术特征摘要】
1.一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置，其特征在于：包括收集极、两只电流表和电子枪；收集极为两层且开口朝下的结构，结构顶部开有预留孔；样品的上表面置于收集极内部且位于预留孔的正下方，电子枪通过预留孔将入射电子打到样品上；一只电流表记为电流表A连接在样品与地之间；另一只电流表记为电流表B连接在收集极内表面与地之间，收集极的外表面接地。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的收集极两层之间绝缘，内表面收集，外表面屏蔽。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：开口朝下的结构为倒扣的法拉第杯或者倒U型结构。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的收集极采用无磁金属材料。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电子枪的能量范围10-5000eV。6.一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的方法，其特征在于步骤如下：第一步，安...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新波，苗光辉，张恒，崔万照，谢桂柏，杨晶，李韵，王瑞，张娜，孙勤奋，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61