本发明专利技术公开了用于二次电子发射系数测量的半球型电子收集装置及测量方法，包括设置于真空室中的电子枪和收集装置，收集装置由外向内依次为半球型收集极、第一层金属筛网和第二层金属筛网，上下开口的电子束通道腔贯穿收集极、第一层金属筛网和第二层金属筛网，电子束通道腔的上开口对准电子枪，下开口对准能够水平移动及转动的样品台，样品台上设置有样品，法拉第筒连接在样品台的一端。电子束通道腔可屏蔽收集极和两层筛网之间的外在偏压电场对电子束运动轨迹的影响。第二层金属筛网起到屏蔽收集极正偏压和第一层金属筛网负偏压的作用，营造无电场区域，使得电子通过该区域到达样品过程中不受外在电场影响。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括设置于真空室中的电子枪和收集装置，收集装置由外向内依次为半球型收集极、第一层金属筛网和第二层金属筛网，上下开口的电子束通道腔贯穿收集极、第一层金属筛网和第二层金属筛网，电子束通道腔的上开口对准电子枪，下开口对准能够水平移动及转动的样品台，样品台上设置有样品，法拉第筒连接在样品台的一端。电子束通道腔可屏蔽收集极和两层筛网之间的外在偏压电场对电子束运动轨迹的影响。第二层金属筛网起到屏蔽收集极正偏压和第一层金属筛网负偏压的作用，营造无电场区域，使得电子通过该区域到达样品过程中不受外在电场影响。【专利说明】用于二次电子发射系数测量的半球型电子收集装置及测量方法
本专利技术属于金属及绝缘材料二次电子发射系数测量
，具体涉及。
技术介绍
初始电子碰撞固体表面而从固体中发射出电子的现象称为二次电子发射。将出射电子的数目与入射电子数目的比值称为二次电子发射系数I当S>1时，相对于入射电子有更多的电子从固体发射出来；当S〈I时，说明出射电子数目小于入射电子。在等离子体物理、扫描电镜、沿面闪络击穿以及空间材料表面带电等领域，二次电子发射系数是反映材料性能的重要参数。近年来，二次电子发射系数的研究和测量已经成为国内外电气绝缘及材料领域的研究热点。不同材料的二次电子发射特性相差很大，二次电子发射系数与材料性质、表面的状态(如粗糙度等)以及入射电子的角度(电子入射方向与材料表面法线的夹角)等因数有关。有学者研究发现，电子入射角度越大，产生二次电子越多。精确测量电子轰击后产生的二次电子数目是实现二次电子发射系数测量的关键。对于介质材料，为了减少表面电荷造成的测量误差，国内外目前普遍采用nA甚至pA量级的入射电流，有效地收集并测量微弱入射电流下产生的二次电子一直是二次电子发射系数测量的重点和难点。当电子轰击材料表面，在材料内部发生弹性碰撞及非弹性碰撞等复杂的物理过程，电子碰撞会产生二次电子、俄歇电子等，从材料表面出射的电子并不全是真正的二次电子，包含了真二次电子和背向散射电子，其中真二次电子占绝大部分。一般地，真二次电子能量小于50eV，背散射电子能量较高，通过对电子能量的筛选可以区分真实二次电子和背散射二次电子。全部二次电子发射系数σ包括背散射电子发射系数η和真实二次电子发射系数I它们之间的关系为δ = σ-η。本专利技术采用多层筛网结构的收集极装置，通过对筛网施加不同偏压能够有效收集产生的二次电子，区分真实二次电子和背散射电子，为精确测量二次电子发射系数提供了新的技术方案。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提出一种，能够提高二次电子发射系数测量精度，获得金属以及介质材料的二次电子发射系数曲线。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为:用于二次电子发射系数测量的半球型电子收集装置，包括设置于真空室中的电子枪和收集装置，收集装置由外向内依次为半球型收集极、第一层金属筛网和第二层金属筛网，上下开口的电子束通道腔贯穿收集极、第一层金属筛网和第二层金属筛网，电子束通道腔的上开口对准电子枪，下开口对准能够水平移动及转动的样品台，样品台上设置有样品，法拉第筒连接在样品台的一端；所述的收集极连接正偏压装置，第一层金属筛网接地或连接负偏压装置，第二层金属筛网接地。所述的法拉第筒与电流放大器相连接，输出一次电流Ip ；收集极通过正偏压装置与电流放大器相连接，输出二次电流Is。所述的收集极、电子束通道腔和法拉第筒内表面均镀有碳层；所述的收集极连接+10?100V的正偏压装置。所述的法拉第筒的端口与样品处于同一水平高度，其内壁镀碳，径向比为1:3?5。所述的电子枪的能量范围为50?lOkeV，输出电流大小为nA量级；电子枪具有直流和脉冲两种工作模式，测量金属材料时电子枪工作在直流模式，测量绝缘材料时电子枪工作在脉冲模式，脉宽为IOns?1ms。所述的样品台在平动时，在水平方向上直线移动样品或法拉第筒到电子束通道腔的正下方；所述的样品台在转动时，能够使样品在-60°?+60°之间旋转，改变电子束入射角度。所述的电流放大器实现nA量级电流的测量和信号转换，电流放大器输出的信号还在电流显示/数据采集处理装置上显示或处理。所述的收集极为不锈钢材料，直径为100?200mm ；所述的第一层金属筛网的目数小于第二层金属筛网的目数，两层金属筛网的目数在100?500之间；第一层金属筛网的直径为80?180mm,第二层金属筛网的直径为60?160mm ；所述的电子束通道腔为不锈钢圆筒形，长度为20?40mm,其上开口直径为8?IOmm,下开口直径为3?5_ ；所述的法拉第筒为圆柱筒型结构，内径为6?10mm。一种测量二次电子发射系数的测量方法，包括以下操作:I)首先将样品放置在样品台之上，调整样品的偏转角度，待真空室的真空度达到要求时，调节电子枪阳极电压到设定值；2)移动样品台，将法拉第筒水平移动到电子枪的正下方，电子枪工作在单次脉冲模式下，法拉第筒收集到一次电流，记录一次电子流Ip ;3)移动样品台，将样品水平移动到电子枪的正下方，收集极与正偏压装置相连，第一层金属筛网和第二层金属筛网均接地，屏蔽偏压电场对电子运动轨迹的影响；触发电子枪，收集极获得全部二次电子流，记录全部二次电流Is，根据公式。=13/%得到该入射电子能量下的全部二次电子发射系数；4)第一层金属筛网与地断开连接，并与-50V的负偏压装置相连，第二层金属筛网接地，触发电子枪，收集极获得背散射电子流，记录背散射电子流Isb，根据公式rI=IsiZip得到该入射电子能量下的背散射电子发射系数，则真实二次电子发射系数δ = σ - η。所述的测量二次电子发射系数的测量方法，还包括以下操作:5)改变电子枪的入射电子能量，重复2)、3)和4)步骤，直至测试结束，得到不同入射电子能量下的全部二次电流、背散射电子流，根据o=Is/Ip、Il=IsbA1^P δ = σ-η得到该样品在设定入射角度下的全部二次电子、背散射电子和真实二次电子发射系数曲线；6)通过样品台将样品旋转到所需角度，重复步骤I)~5)的操作，获得不同入射角度下的全部二次电子、背散射电子和真实二次电子发射系数曲线。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术提供的，其电子束通道腔可屏蔽收集极和两层筛网之间的外在偏压电场对电子束运动轨迹的影响。第二层金属筛网起到屏蔽收集极正偏压和第一层金属筛网负偏压的作用，营造无电场区域，使得电子通过该区域到达样品过程中不受外在电场影响。本专利技术提供的，还能够通过能够水平移动及转动的样品台来实现对样品不同条件的二次电子发射系数的测量；样品台在转动时，能够使样品在-60°~+60°之间旋转，改变电子束入射角度，获得不同入射角度下的全部二次电子、背散射电子和真实二次电子发射系数曲线。进一步的，第一层金属筛网还可以用以区分背散射电子和真实二次电子，因为真实二次电子能量小于50eV，只有能量大于50eV的背散射电子可以穿过第一层筛网到达收集极，实现对二次电子的筛选，获得背散射电子发射系数和真实二次电子发射系数。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图，整个装置位于真空室内。图2为本专利技术测量全部二次电子发射系数时装置结构示意图，收集极连接正偏压(+本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于二次电子发射系数测量的半球型电子收集装置，其特征在于，包括设置于真空室中的电子枪（1）和收集装置，收集装置由外向内依次为半球型收集极（3）、第一层金属筛网（4）和第二层金属筛网（5），上下开口的电子束通道腔（2）贯穿收集极（3）、第一层金属筛网（4）和第二层金属筛网（5），电子束通道腔（2）的上开口对准电子枪（1），下开口对准能够水平移动及转动的样品台（7），样品台（7）上设置有样品（6），法拉第筒（8）连接在样品台（7）的一端；所述的收集极（3）连接正偏压装置，第一层金属筛网（4）接地或连接负偏压装置，第二层金属筛网（5）接地。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋佰鹏，张冠军，卜忍安，苏国强，穆海宝，邓军波，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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