一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置，包括:屏蔽栅网、抑制栅网、收集极和屏蔽罩由内向外依次同轴布置形成的收集极模块，屏蔽栅网、抑制栅网、收集极和屏蔽罩的中心均设有通孔，所有通孔处于同一直线上；样品台模块从下而上依次为冷却层、加热层、绝缘层和样品座；偏压装置包括第一偏压电源和第二偏压电源，第一偏压电源与收集极连接，第二偏压电源与抑制栅网连接；收集极模块和样品台模块均设于真空腔内，且收集极模块位于样品台模块的正上方；电子枪设于收集极模块的正上方，且电子枪、收集极模块和样品台模块的中心轴线位于同一直线上；屏蔽栅网、抑制栅网、收集极和样品座分别与不同的弱电流测量装置连接。

A Device for Measuring Secondary Electron Emission Coefficient and Energy Spectrum Analysis

【技术实现步骤摘要】
一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置
本专利技术涉及材料二次电子特性的测量和表征
，具体而言，涉及一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置。
技术介绍
电子与固体材料相互作用会发射电子，称为二次电子发射，发射电子数目与入射电子数目的比值称为二次电子发射系数。二次电子包含真二次电子、背散射电子、非弹性散射电子等。其中真二次电子占绝大部分，准确区分各种发射电子的数量对于表征材料表面特性具有重要意义。真二次电子和背散射电子的主要区别是能量不同，真二次电子能量一般小于50eV。二次电子发射系数δ等于1时，入射电子数量等于出射电子数目。当二次电子发射系数δ小于1或大于1时，入射电子数目多于或少于出射电子数目，对于金属材料而言由于金属材料电导率大，不会在材料表面引起电荷积聚，对于介质材料而言，会导致介质材料表面电荷积聚，进而影响后续二次电子的发射和测量。因此，绝缘材料二次电子发射系数测量时，材料表面电荷的中和对测量结果有至关重要的影响。二次电子发射是一个动态的过程，受材料表面带电状态、表面粗糙度、环境温度、入射电子能量等综合影响。一定作用环境下发射的二次电子具有特定的能量分布，测量不同条件下的二次电子发射系数及二次电子能谱分析对材料的表征具有重要意义。中国专利201410023001.8公开的一种平板型二次电子收集极，结构简单、操作方便，但收集极与样品之间存在较大的间隙，因此二次电子收集效率很难保证。中国专利201410022709.1公布的半球型二次电子收集极装置，通过脉冲电子束的方式来减少入射到材料表面的电荷量，进而来减少介质材料表面带电对二次电子发射的影响，但长时间或者多次测量并不能很好的消除介质带电对二次电子发射系数的影响，同时本装置不能对二次电子能谱进行分析，不能实现温度变化下材料二次电子的测量。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置，准确测量固体材料受电子作用时的二次电子发射系数，并区分真二次电子和背散射电子，实现二次电子的能谱分布测量。本专利技术提供了一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置，该装置包括：收集极模块，其包括屏蔽栅网、抑制栅网、收集极和屏蔽罩，所述屏蔽栅网、所述抑制栅网、所述收集极和所述屏蔽罩由内向外依次同轴布置形成多层筒状结构，所述屏蔽栅网、所述抑制栅网、所述收集极和所述屏蔽罩的中心均设有通孔，且所有通孔均处于同一直线上；样品台模块，其包括从下往上依次设置的冷却层、加热层、绝缘层和样品座，样品置于所述样品座上；偏压装置，其包括第一偏压电源和第二偏压电源，所述第一偏压电源与所述收集极连接，所述第二偏压电源与所述抑制栅网连接；真空腔，所述收集极模块和所述样品台模块均设于所述真空腔内，且所述收集极模块位于所述样品台模块的正上方；电子枪，其设于所述收集极模块的正上方，且所述电子枪、所述收集极模块和所述样品台模块的中心轴线位于同一直线上；所述屏蔽栅网、所述抑制栅网、所述收集极和所述样品座分别与不同的弱电流测量装置连接。作为本专利技术的进一步改进，所述电子枪输出电子能量为50eV～30keV，且具有直流和脉冲两种工作模式。作为本专利技术的进一步改进，所述屏蔽栅网、所述抑制栅网、所述收集极和所述屏蔽罩中心位置上的通孔的孔径大小均可调。作为本专利技术的进一步改进，所述屏蔽栅网为多孔网状结构，所述屏蔽栅网与所述抑制栅网之间的间距为8～16mm。作为本专利技术的进一步改进，所述抑制栅网为多孔网状结构，所述抑制栅网与所述收集极之间的间距为8～16mm。作为本专利技术的进一步改进，所述收集极为直径和高度相等的金属圆筒，所述收集极的直径为80～160mm。作为本专利技术的进一步改进，所述第一偏压电源的偏压范围为+30～+60V，所述第二偏压电源的偏压范围为0～﹣1500V。作为本专利技术的进一步改进，所述样品台模块为温控平台，其温度范围为﹣150～150℃。作为本专利技术的进一步改进，所述冷却层底面设有沿X、Y、Z轴三个方向的滑动轨道。作为本专利技术的进一步改进，所述屏蔽栅网为高导电率金属材料，所述屏蔽罩为高磁导率金属材料，所述绝缘层为高导热率绝缘材料。作为本专利技术的进一步改进，所述收集极模块在测量绝缘材料时抑制栅网和收集极加一定的负偏压，同时通过样品台模块对样品加热，可实现绝缘材料表面电荷的中和。本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术所述的多层筒状二次电子收集极模块，通过抑制栅网的偏压作用来区分能量不同的真二次电子和背散射电子，并通过最外层高磁导率材料屏蔽地磁场对电子束轨迹的影响，屏蔽栅网屏蔽偏压电场对电子束轨迹的影响；第二，本专利技术所述的抑制栅网偏压扫描的方式，能够在某一个入射电子能量下连续分辨不同能量的二次电子，从而得到该发射状态下的二次电子能谱分布曲线；第三，本专利技术所述的三维运动温控样品台能够实现不同温度下二次电子发射系数的测量，同时可通过对样品加热来中和材料表面电荷。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置结构示意图。图中，1、电子枪；2、真空腔；3、屏蔽栅网；4、抑制栅网；5、收集极；6、屏蔽罩；7、冷却层；8、加热层；9、绝缘层；10、样品座；11、样品；12、第一偏压电源；13、第二偏压电源。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术实施例所述的是一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置，该装置包括：收集极模块，其包括屏蔽栅网3、抑制栅网4、收集极5和屏蔽罩6，屏蔽栅网3、抑制栅网4、收集极5和屏蔽罩6由内向外依次同轴布置形成多层筒状结构，屏蔽栅网3、抑制栅网4、收集极5和屏蔽罩6的中心均设有通孔，且通孔均处于同一直线上；样品台模块，其包括从下往上依次设置的冷却层7、加热层8、绝缘层9和样品座10，样品11置于样品座10上；在本实施例中冷却层7用液氮进行冷却，加热层8用电阻丝实现加热，在实际操作中可在不影响实验的前提下选择其他方式实现冷却层7的冷却和加热层8的加热，而不仅限于液氮和电阻丝。样品11直径小于60mm，厚度为1～2mm，绝缘层9和样品座10连接以实现样品11与加热层8之间的热传导，同时可通过样品座10测量流过样品11的电流。偏压装置，其包括第一偏压电源12和第二偏压电源13，第一偏压电源12与收集极5连接，第二偏压电源13与抑制栅网4连接。本实施例中第一偏压电源12为电池偏压电源，收集极5与第一偏压电源12连接用于提供正偏压；本实施例中第二偏压电源13为可调节偏压电源，抑制栅网4与第二偏压电源13连接用于提供连续可调偏压电场。本实施例中选用开关S2来控制第一偏压电源12和第二偏压电源13的接通与断开，当需要调节第一偏压电源12时则通过控制开关S2将第一偏压电源12接入电路中；当需要调节第二偏压电源13时则通过控制开关S2将第二偏压电源13接入电路中。测量绝缘材料时，抑制栅网4和收集极5同时连接第二偏压电源13，产生一定幅值的负偏压，可实现绝缘材料表面电荷的中和。真空腔2，收集极模块和样品台模块均设于真空腔2内，且收集极模块位于样品台模块的正上方；电子枪1，其设于收集极模块的正上方，且电子枪1、收集极模块和样品台模块的中心轴线位于同一直线上；此设置即可保证电子枪1发出的电子束可以穿过屏蔽栅网3、抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置，其特征在于，包括：收集极模块，其包括屏蔽栅网(3)、抑制栅网(4)、收集极(5)和屏蔽罩(6)，所述屏蔽栅网(3)、所述抑制栅网(4)、所述收集极(5)和所述屏蔽罩(6)由内向外依次同轴布置形成多层筒状结构，所述屏蔽栅网(3)、所述抑制栅网(4)、所述收集极(5)和所述屏蔽罩(6)的中心均设有通孔，且所有通孔均处于同一直线上；样品台模块，其包括从下往上依次设置的冷却层(7)、加热层(8)、绝缘层(9)和样品座(10)，样品(11)置于所述样品座(10)上；偏压装置，其包括第一偏压电源(12)和第二偏压电源(13)，所述第一偏压电源(12)与所述收集极(5)连接，所述第二偏压电源(13)与所述抑制栅网(4)连接；真空腔(2)，所述收集极模块和所述样品台模块均设于所述真空腔(2)内，且所述收集极模块位于所述样品台模块的正上方；电子枪(1)，其设于所述收集极模块的正上方，且所述电子枪(1)、所述收集极模块和所述样品台模块的中心轴线位于同一直线上；所述屏蔽栅网(3)、所述抑制栅网(4)、所述收集极(5)和所述样品座(10)分别与不同的弱电流测量装置连接。...

【技术特征摘要】
1.一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置，其特征在于，包括：收集极模块，其包括屏蔽栅网(3)、抑制栅网(4)、收集极(5)和屏蔽罩(6)，所述屏蔽栅网(3)、所述抑制栅网(4)、所述收集极(5)和所述屏蔽罩(6)由内向外依次同轴布置形成多层筒状结构，所述屏蔽栅网(3)、所述抑制栅网(4)、所述收集极(5)和所述屏蔽罩(6)的中心均设有通孔，且所有通孔均处于同一直线上；样品台模块，其包括从下往上依次设置的冷却层(7)、加热层(8)、绝缘层(9)和样品座(10)，样品(11)置于所述样品座(10)上；偏压装置，其包括第一偏压电源(12)和第二偏压电源(13)，所述第一偏压电源(12)与所述收集极(5)连接，所述第二偏压电源(13)与所述抑制栅网(4)连接；真空腔(2)，所述收集极模块和所述样品台模块均设于所述真空腔(2)内，且所述收集极模块位于所述样品台模块的正上方；电子枪(1)，其设于所述收集极模块的正上方，且所述电子枪(1)、所述收集极模块和所述样品台模块的中心轴线位于同一直线上；所述屏蔽栅网(3)、所述抑制栅网(4)、所述收集极(5)和所述样品座(10)分别与不同的弱电流测量装置连接。2.根据权利要求1所述的二次电子发射系数测量和能谱分析装置，其特征在于，所述电子枪(1)输出电子能量为50eV～30keV，且具有直流和脉冲两种工作模式。3.根据权利要求1所述的二次电子发射系数测量和能谱分析装置，其特征在于，所述屏蔽栅网(3)、所述抑制栅网(4)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：任成燕，李杨威，孔飞，邵涛，章程，刘俊标，赵伟霞，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11