本发明专利技术属于物理电子学技术领域，公开了一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法。该方法用于测量入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额，形成产额谱，本发明专利技术采用氘灯和单色仪产生的固定波长的紫外光源照射介质材料表面产生光电子，用正极板收集光电子，从而实现对介质材料表面负电荷的中和，本发明专利技术采用电子枪发射低能电子束，从而实现对介质材料表面正电荷的中和，通过计算并控制光电效应和低能电子束发射所涉及的相关参数，有效防止了中和不足或者过量导致介质材料表面的电荷积累。电荷积累。电荷积累。
【技术实现步骤摘要】
一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法
[0001]本专利技术属于物理电子学
，具体涉及一种使用紫外光对介质材料表面负电荷进行中和后，测试介质材料的二次电子发射特性的方法，特别是一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法。
技术介绍
[0002]材料的二次电子发射现象是指具有一定动能的入射电子束轰击材料表面，材料内部原子的核外电子离开材料表面，从材料中发射出来的现象。二次电子一般都是在表层5～10nm深度范围内发射出来的，能量较低，一般不超过50eV。
[0003]二次电子在不同的领域有不同的应用：二次电子发射会引起航天器表面的静电放电、导致高功率微波真空器件容易射频打火，影响航天器和高功率微波真空器件的运行可靠性和寿命，在这些领域需要抑制二次电子的发射。而在电子倍增探测器方面，如微通道板，利用二次电子的倍增效应将微弱的入射电子放大到仪器可以测量的程度，需要增强二次电子的发射，以提高增益。因此，不同能量下二次电子发射产额的准确测量显得尤为重要。
[0004]二次电子发射系数σ又称二次电子发射产额，是出射二次电子数量与入射电子数量的比值，即σ＝I
S
/I
P
，其中，I
P
为一次电流，表示轰击材料表面的入射电子束的电流强度，I
s
为二次电流，表示从材料表面发射出来的二次电子的电流强度，σ＞1，材料表面带正电，σ＜1材料表面带负电。材料上的积累电荷会使其电势发生改变，会对后续入射的电子能量造成影响，从而影响二次电子发射系数的测量精度，同时试样表面电势在不断变化的过程中达到动态平衡。因此，在介质材料的二次电子发射产额的测量方法中，为了消除材料表面带电的影响，除了采用单脉冲的电子枪进行测量外，需要对材料表面积累的电荷进行中和。
[0005]介质材料的二次电子发射系数σ＝1在低能段和高能段对应的入射能量分别为E1和E2。电子束入射能量E＜E1或E＞E2都会导致材料的出射电子小于入射电子，使得材料表面带负电，进而促进二次电子的产出，导致二次电子发射系数不断升高并接近于1。同时，材料表面带负电也会降低接下来入射电子的入射动能。当E1＜E＜E2时，材料的出射电子大于入射电子，使得材料表面带正电，进而抑制二次电子的产出，导致二次电子发射系数不断降低并接近于1。同时，材料表面带负电也会提高接下来入射电子的入射动能。为了消除材料表面带电对介质材料二次电子发射系数的影响，需要在每次测量前对介质材料表面电荷进行中和。
[0006]目前对介质材料二次电子发射产额测试时，对材料表面所带电荷进行处理的方法仍存在以下问题：
[0007](1)基于单电子枪的负偏压收集极的中和法：该方案收集极具有负偏压，其电位比样品电位低，由样品出射的二次电子被反射回样品。无论样品表面原先累积的是正电荷还是负电荷，这些返回的电子都会使样品表面最终累积负电荷，从而造成样品电位的下降。该方案电荷量不好把握，且忽略样品表面带负电对二次电子发射产额的影响。
[0008](2)基于双电子枪的中和法：该方案除了发射电子束的电子枪，还增加了一个用于中和的低能电子枪。当需要中和时，关闭测量用的电子枪，开启低能电子枪。当材料表面带正电荷时，使用低能电子枪发射的大量低能电子对介质材料表面积累的正电荷进行中和。当材料表面带正电荷时，开启测量用的电子枪，在E1＜E＜E2内继续向带负电的介质材料表面发射电子束，使其表面带正电，然后重复上述材料表面带正电荷中和的步骤。该方案电荷量不好把握，容易过渡中和，而且需要来回开关不同的电子枪，操作复杂。
[0009](3)基于介质材料不同位置的测试方法：该方案通过改变材料的测试位置来减小之前测试点电荷积累的影响。从介质材料表面出射的电子，尤其是背散射电子，可能从收集极和介质材料之间的间隙再一次轰击到材料表面的其他位置，导致材料表面未测量的位置带电。而且受到材料尺寸本身的限制和移动距离估算不准确，测试结果也会存在一定误差。
技术实现思路
[0010]本专利技术的目的在于提供一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法，用以解决现有的测试装置及方法中操作复杂且测量误差较大等问题。
[0011]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种介质材料二次电子发射产额测量装置，该装置包括四维台、样品台、样品托、收集极一、电子枪、电子枪控制器、单色仪、氘灯、真空腔、收集极二、表面电位计和一维台；
[0013]所述的四维台和一维台安装在真空腔外部，所述的样品台、收集极一、收集极二和表面电位计设置在真空腔内部，所述的样品台设置在真空腔的内部，四维台控制样品台的位置，所述样品台上设置有样品托，所述的样品托用于固定介质材料，所述一维台控制表面电位计的位置，所述的电子枪连接有电子枪控制器，所述的氘灯和单色仪设置在真空腔外部，所述的氘灯用于产生紫外光，所述的单色仪用于分光，所述的收集极一由栅网和法拉第杯组成。
[0014]进一步的，所述的收集极一和收集极二还包括收集极固定装置，所述的收集极固定装置包括支撑板、支撑柱、延长板和调节板；
[0015]所述的支撑板上设置有通孔用于固定收集极一和收集极二，所述的支撑板和调节板通过支撑柱连接，所述的调节板连接延长板，所述的延长板设置有法兰二，所述的法兰二分别用于连接真空腔上的法兰一和法兰。
[0016]进一步的，所述的氘灯通过反射器和滤光片轮连接在单色仪的入口，所述的单色仪的出口通过光学准直模块、光阑和法兰三连接真空腔，其中，氘灯为紫外光光源，单色仪对氘灯出射的复色光进行分光，反射器用于将氘灯出射的发散光汇聚并反射到单色仪的入射狭缝处，增加光强，滤光片轮滤除由于二级衍射产生的紫外光，光学准直模块用于修正单色仪的波长，将单色仪出射狭缝的汇聚光准直成平行光，光阑用于控制通过光束的大小。
[0017]一种介质材料二次电子发射产额测量方法，该方法用于测量入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额，形成产额谱，该方法采用上述任一种介质材料二次电子发射产额测量装置实现；
[0018]该方法包括准备步骤和测量步骤，所述的准备步骤包括：
[0019]步骤1：将待测试的介质材料设置固定在样品台上，调节四维台和电子枪出射口使电子束垂直入射介质材料表面，调节单色仪的输出光源口，使紫外光以30
°
～60
°
角斜入射
介质材料表面；
[0020]步骤2：调节真空腔的真空度，调整电子枪的参数，在二次电子收集极中法拉第杯上加正电压；
[0021]所述的测量步骤中，对于每个入射能量下二次电子发射产额测量包括如下步骤：
[0022]步骤3：获取经过电流放大器放大的样品台电流信号I1，法拉第杯电流信号I2和栅网电流信号I3，根据介质材料的产额计算公式获得该入射能量下的二次电子发射产额σ；
[0023]步骤4：若σ＞1，材料表面带正电，去掉二次电子收集极中法拉第杯上的正电压，控制电子枪出射低能电子束入射至介质本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种介质材料二次电子发射产额测量装置，其特征在于，该装置包括四维台(1)、样品台(2)、样品托(3)、收集极一(4)、电子枪(5)、电子枪控制器(6)、单色仪(7)、氘灯(8)、真空腔(10)、收集极二(23)、表面电位计(24)和一维台(25)；所述的四维台(1)和一维台(25)安装在真空腔(10)外部，所述的样品台(2)、收集极一(4)、收集极二(23)和表面电位计(24)设置在真空腔(10)内部，所述的样品台(2)设置在真空腔(10)的内部，四维台(1)控制样品台(2)的位置，所述样品台(2)上设置有样品托(3)，所述的样品托(3)用于固定介质材料(9)，所述一维台(25)控制表面电位计(24)的位置，所述的电子枪(5)连接有电子枪控制器(6)，所述的氘灯(8)和单色仪(7)设置在真空腔(10)外部，所述的氘灯(8)用于产生紫外光，所述的单色仪(7)用于分光，所述的收集极一(4)由栅网(26)和法拉第杯(27)组成。2.如权利要求1所述的介质材料二次电子发射产额测量装置，其特征在于，所述的收集极一(4)和收集极二(23)还包括收集极固定装置，所述的收集极固定装置包括支撑板(12)、支撑柱(13)、延长板(14)和调节板(16)；所述的支撑板(12)上设置有通孔用于固定收集极一(4)和收集极二(23)，所述的支撑板(12)和调节板(16)通过支撑柱(13)连接，所述的调节板(16)连接延长板(14)，所述的延长板(14)设置有法兰二(15)，所述的法兰二(15)分别用于连接真空腔(10)上的法兰一(11)和法兰(22)。3.如权利要求2所述的介质材料二次电子发射产额测量装置，其特征在于，所述的氘灯(8)通过反射器(19)和滤光片轮(20)连接在单色仪(7)的入口，所述的单色仪(7)的出口通过光学准直模块(17)、光阑(18)和法兰三(21)连接真空腔(10)，其中，氘灯(8)为紫外光光源，单色仪(7)对氘灯(8)出射的复色光进行分光，反射器(19)用于将氘灯(8)出射的发散光汇聚并反射到单色仪(7)的入射狭缝处，增加光强，滤光片轮(20)滤除由于二级衍射产生的紫外光，光学准直模块(17)用于修正单色仪(7)的波长，将单色仪(7)出射狭缝的汇聚光准直成平行光，光阑(18)用于控制通过光束的大小。4.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉，石青芸，黄国瑞，杨燕，王双，成永红，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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