一种金属表面二次电子发射系数测试方法技术

本发明专利技术公开了一种金属表面二次电子发射系数测试方法，所述方法包括：采用双层栅网球形二次电子收集器收集金属材料样品表面发射出的二次电子，通过偏压栅网接正负50V偏压对二次电子进行能量甄选；实现金属材料表面二次电子发射特性改性效果评估与改性机制分析对金属材料二次电子发射系数的测试需求，分别测得金属材料表面的真二次电子发射系数、电子背散射系数和总二次电子发射系数，以实现一种测试精度高、测试结果完备的二次电子发射系数测试方法。

【技术实现步骤摘要】
一种金属表面二次电子发射系数测试方法
本专利技术涉及材料二次电子发射系数的测试领域，具体地，涉及一种金属表面二次电子发射系数测试方法。
技术介绍
具有一定能量的电子束轰击固体材料时，材料表面会发射出电子，这种现象称为固体材料的二次电子发射现象。材料表面发射出的二次电子与初始入射电子的数目比称为二次电子发射系数，它是材料的一种特征表面参数。电子射入固体材料表面后，入射电子将与材料表层的晶格原子发生弹性和非弹性碰撞，在其射程范围内激发出大量的次级电子，这些次级电子被晶格原子散射后扩散至表面，克服表面势垒逸出后成为材料发射出的二次电子。根据二次电子发射的物理机理，材料表面发射出的二次电子按照能量分布主要可以分为能量较低的从材料表面晶格原子激发出的真二次电子、能量等于入射电子的弹性散射电子，以及能量在这两者之间的由入射电子经过多次散射后射出表面的非弹性散射电子。从二次电子能谱分布来看，能量小于50eV的二次电子占比超过80％，测量上一般将能量小于50eV的二次电子与入射电子数之比称为真二次电子发射系数，能量高于50eV的二次电子与入射电子数之比称为电子背散射系数。金属材料表面的二次电子发射特性是粒子加速器、航天器、高功率微波器件、电真空器件等众多领域普遍关心的一种重要的材料表面特性，其中的某些金属部件表面的二次电子发射和倍增会对这些装置和器件的性能产生不利影响，对相关金属材料表面做改性处理来抑制金属表面的二次电子发射，是解决这些问题的重要途径之一。目前已得到较多研究和应用的金属二次电子发射特性改性方法主要包括表面镀膜、表面刻蚀、表面辐照等，要评价这些改性方法对金属材料表面二次电子发射抑制的效果，分析二次电子发射抑制的机理，需要对改性前后金属材料表面的二次电子发射系数进行测试。目前大多数二次电子发射系数测量方法，只能测得金属材料表面的总二次电子发射系数，可以较好地评价二次电子发射抑制效果，但在分析二次电子发射抑制机理方面却存在较大的不足。如果可以同时测得材料表面的真二次电子发射系数、电子背散射系数和总二次电子发射系数各自在改性前后的变化情况，则可以为分析二次电子发射抑制机理提供更为全面的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于实现上述金属材料表面二次电子发射特性改性效果评估与改性机制分析对金属材料二次电子发射系数的测试需求，分别测得金属材料表面的真二次电子发射系数、电子背散射系数和总二次电子发射系数，以实现一种测试精度高、测试结果完备的二次电子发射系数测试方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：采用双层栅网球形二次电子收集器收集金属材料样品表面发射出的二次电子，通过偏压栅网接正负50V偏压对二次电子进行能量甄选。假设一定能量的入射电子束打到被测样品表面，入射电子流强为I0，材料的真二次电子发射系数为δ，电子背散射系数为η，偏压栅网的电子透过率为θ，当偏压栅网与被测样品之间加-50V偏压时，真二次电子不能穿过栅网，二次电子收集极上得到的电子信号为背散射电子信号，流强记为Ic-；当偏压栅网与被测样品之间加+50V偏压时，真二次电子与背散射电子均穿过栅网被二次电子收集极接收，得到的电流信号为总二次电子信号，流强记为Ic+，则该能量下的真二次电子发射系数为：δ＝(Ic+-Ic-)/(θ·I0)，电子背散射系数为η＝Ic-/(θ·I0)。双层栅网球形二次电子收集器由内部的两层几何透过率达到90％的球形栅网，以及外部的两层球形电极组成，每层栅网和球形电极均由上下两个半球组合成一个球体；上半球的顶部开有入射电子枪导管插入孔，用于导入入射电子束，下半球的底部开有样品测试载台插入孔，用于将被测样品通过样品测试载台送入二次电子收集器中心；由上下半球构成的球形二次电子收集极可以接收到样品表面发射出的各个方向的二次电子，接收效率高；两层栅网与两层电极之间彼此绝缘，内层栅网接地，用于屏蔽偏压栅网引入的电场，避免偏压电场影响二次电子从样品表面发射出来，并为二次电子提供自由漂移空间；外层栅网接±50V偏压电源，通过正负偏压的切换实现对真二次电子和背散射电子的甑别；从而测得真二次电子发射系数和电子背散射系数；球形二次电子收集极的内表面做镀金处理，外表面接外敷绝缘层的信号引出线，该信号引出线与最外层接地电极上安装的SMA同轴接线座相连，通过特征阻抗为50Ω的同轴信号传输线将被测信号传输至I/V放大器；被测信号接入I/V放大器前先通过100V偏压电源，通过该偏压电源在二次电子收集极上施加100V静电压，将被到达二次电子收集极表面的二次电子所打出的三次电子抑制住，使得三次电子不能逸出二次电子收集极表面，造成被测信号的损失；最外层接地电极的上半球靠近赤道面附近开有两个孔，外敷绝缘层的导线穿过一个孔将偏压连接到偏压栅网，另一个孔上方安装一个SMA同轴接线座，使得被测信号从被接收到开始即在同轴线中传输；SMA接线座内部预留一段空腔，以便视测试需求接入电阻、电感元件对二次电子收集器和同轴信号传输电缆进行阻抗匹配，以减小短脉冲信号的失真；实验测试过程中，当电子枪导管和样品测试载台均插入双层栅网球形二次电子收集器时，最外层的接地电极可以较好地将内部结构屏蔽起来，避免二次电子收集极接收空间耦合噪声从而对被测信号产生干扰；当被测样品以与水平面呈一定角度的状态安装到样品测试载台上时，使用双层栅网球形二次电子收集器将可以测得不同电子入射角度下的二次电子发射系数。采用上述这种电子收集器的效果是：(1)可以接收到从样品表面发射出的各个方向的二次电子，提高了二次电子的接收效率；(2)可以区分真二次电子和背散射电子，同时测得样品的真二次电子发射系数和电子背散射系数；(3)在一定角度范围内，可以测量不同电子入射角度下的二次电子发射系数；(4)可以有效屏蔽空间辐射耦合噪声与传导性噪声对被测信号的干扰；(5)可以对二次电子收集器和信号传输同轴电缆进行阻抗匹配减少信号失真。本专利技术的有益效果是：(1)可以通过栅网偏压对二次电子进行能量甑选；(2)可以同时测得金属材料样品的真二次电子发射系数、电子背散射系数和总二次电子发射系数曲线；(3)在一定角度范围内，可以测量金属材料样品的真二次电子发射系数、电子背散射系数和总二次电子发射系数随电子入射角度变化曲线；(4)可为各种金属材料表面二次电子发射特性改性方法的改性效果及改性机理提供较为全面的评估依据。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1为双层栅网球形二次电子收集器工作时与电子枪和样品载台的位置关系图；图2为双层栅网球形二次电子收集器工作时信号测试回路示意图；图3为无氧铜样品的二次电子发射系数测试曲线。其中：1.接地栅网；2.偏压栅网；3.二次电子收集极；4.接地屏蔽电极。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。如图1所示，为双层栅网球形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属表面二次电子发射系数测试方法，其特征在于，所述方法包括：采用双层栅网球形二次电子收集器收集金属材料样品表面发射出的二次电子，通过偏压栅网接正负50V偏压对二次电子进行能量甄选；假设一定能量的入射电子束打到被测样品表面，入射电子流强为I0，材料的真二次电子发射系数为δ，电子背散射系数为η，偏压栅网的电子透过率为θ，当偏压栅网与被测样品之间加‑50V偏压时，真二次电子不能穿过栅网，二次电子收集极上得到的电子信号为背散射电子信号，流强记为Ic‑；当偏压栅网与被测样品之间加+50V偏压时，真二次电子与背散射电子均穿过栅网被二次电子收集极接收，得到的电流信号为总二次电子信号，流强记为Ic+，则该能量下的真二次电子发射系数为：δ＝(Ic+‑Ic‑)/(θ·I0)，电子背散射系数为η＝Ic‑/(θ·I0)。

【技术特征摘要】
1.一种金属表面二次电子发射系数测试方法，其特征在于，所述方法包括：采用双层栅网球形二次电子收集器收集金属材料样品表面发射出的二次电子，通过偏压栅网接正负50V偏压对二次电子进行能量甄选；假设一定能量的入射电子束打到被测样品表面，入射电子流强为I0，材料的真二次电子发射系数为δ，电子背散射系数为η，偏压栅网的电子透过率为θ，当偏压栅网与被测样品之间加-50V偏压时，真二次电子不能穿过栅网，二次电子收集极上得到的电子信号为背散射电子信号，流强记为Ic-；当偏压栅网与被测样品之间加+50V偏压时，真二次电子与背散射电子均穿过栅网被二次电子收集极接收，得到的电流信号为总二次电子信号，流强记为Ic+，则该能量下的真二次电子发射系数为：δ＝(Ic+-Ic-)/(θ·I0)，电子背散射系数为η＝Ic-/(θ·I0)。2.根据权利要求1所述的金属表面二次电子发射系数测试方法，其特征在于，所述收集器包括：由内到外的：球形接地栅网、球形偏压栅网、球形二次电子收集极、球形接地屏蔽电极；球形接地栅网、球形偏压栅网、球形二次电子收集极、球形接地屏蔽电极均由上下两个半球组合成一个球体；上半球的顶部开有入射电子枪导管插入孔，用于导入入射电子束，下半球的底部开有样品测试载台插入孔，用于将被测样品通过样品测试载台送入二次电子收集器中心；两层球形栅网与两层球形电极之间彼此绝缘，内层球形栅网接地，用于屏蔽偏压球形栅网引入的电场；外层球形栅网接偏压电源，通过正负偏压的切换实现对真二次电子和背散射电子的甑别。3.根据权利要求2所述的金属表面二次电子发射系数测试方法，其特征在于，球形二次电子收集极的内表面做镀金处理，外表面接外敷绝缘层的信号引出线，该信号引出线与球形接地屏蔽电极上安装的SMA同轴接线座相连，通过同轴信号传输线将被测信号传输至I/V放大器。4.根据权利要求3所述的金属表面二次电子发射系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：何佳龙，龙继东，李杰，彭宇飞，杨振，刘平，王韬，李喜，董攀，蓝朝晖，郑乐，刘尔祥，赵伟，杨洁，石金水，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51