[发明专利]一种利用规则阵列结构减小金属二次电子发射系数的方法

说明书

技术领域：

本发明专利涉及大功率微波部件表面处理领域，用于抑制金属表面二次电子发射系数，从而应用该新方法大幅度提高相关部件和系统的工作性能。具体涉及利用半导体领域的微图形光刻工艺，在金属表面形成规则阵列结构，这一技术可明显抑制金属表面二次电子发射系数，为提高大功率微波部件工作性能提供一种有效的方法。

背景技术：

二次电子发射是指一定能量的电子入射到固体表面时导致固体表面出射电子的现象，通常将入射电子称为初始电子，将出射电子称为二次电子。二次电子发射系数（SEY）定义为二次电子个数与初始电子个数之比。不同材料具有不同的二次电子发射系数，而且二次电子发射系数随初始电子的入射能量以及入射角度的变化而变化。除此之外，材料的表面形貌也是影响SEY的重要因素。

在扫描电子显微镜等领域中，人们正是利用了材料的二次电子发射特性进行纳米尺度的微观分析，这算是对二次电子发射现象的积极应用。然而，在粒子加速器系统中，由金属二次电子发射导致的“电子云”现象已经成为影响加速器系统性能的重要因素之一；在大功率微波系统中，二次电子发射导致的击穿现象也成为提高系统功率容量的瓶颈之一。

已有研究结果表明，特定的表面结构具有抑制SEY的作用。具体而言，具有大深宽比和大孔隙率的表面结构具有更好的SEY抑制特性。虽然国外已经实现了毫米级的规则结构来抑制SEY，但在一定的场合（例如，大功率微波系统），这种毫米级的表面结构虽然能抑制SEY但会带来系统其它方面性能的恶化，比如微波损耗会因这种毫米级起伏结构而显著增加，而且微波器件的电磁波传输特性也很可能因这种结构而恶化，从而导致器件或系统性能指标无法满足要求。因此，在更小尺度上实现这种表面结构，从而既达到抑制SEY的目的，又不显著恶化器件或系统性能，就变得非常有必要了。另外，这种微米尺度的规则阵列结构的SEY抑制特性，也为相关的理论研究工作提供了很好的实验基础。

基于上述背景，本发明提出了利用半导体光刻工艺在金属表面实现微米级规则阵列结构，显著地抑制了金属表面的二次电子发射特性。

发明内容：

本发明提出一种利用微米级规则阵列结构表面抑制金属表面SEY的方法，其目的在于降低降低金属表面的SEY,从而在不显著恶化系统其它方面性能的前提下提高系统整体工作性能。具体如下：

一种利用规则阵列结构减小金属二次电子发射系数的方法，包括如下步骤：对待处理金属样片依次进行超声清洗、旋转涂胶、烘烤、曝光、烘烤、显影处理；对进行上述处理过的样片在刻蚀液进行腐蚀，形成微米结构阵列，根据对金属表面的二次电子发射系数要求决定微米结构的深宽比或孔隙率，从而决定掩膜版图形设计及其刻蚀工艺参数；腐蚀完毕的样片进行去胶和超声清洗。

进一步地，所述金属是金、铜或铝。

进一步地，还包括如下步骤：在腐蚀时，通过控制腐蚀液成分，实现微米级阵列结构及亚微米两级结构。

进一步地，所述微米结构为圆孔或者矩形槽结构。

进一步地，微米结构尺寸在几微米至几十微米。

本发明的有益效果是：

1.将半导体光刻工艺移植到了大功率微波器件处理领域，在器件金属表面实现了微米级阵列结构，这一结构可显著降低金属表面二次电子发射系数，从而提高了大功率微波器件、加速器等的工作性能。

2.通过实验验证了微米阵列结构可有效降低金属表面二次电子发射系数。

附图说明：

图1微米级阵列结构的光刻工艺过程。

图2(a)是工艺1条件下的微米级阵列结构微观形貌。

图2(b)是工艺2条件下的微米级阵列结构微观形貌。

图3(a)是工艺1条件下的试样微观形貌。

图3(b)是工艺1条件下的对SEY的抑制效果。

图4(a)是工艺2条件下的试样微观形貌。

图4(b)是工艺2条件下的对SEY的抑制效果。

图5(a)是工艺3条件下的试样微观形貌。

图5(b)是工艺3条件下的对SEY的抑制效果。

图6(a)是工艺4条件下的试样微观形貌。

图6(b)是工艺4条件下的对SEY的抑制效果。

图7(a)是工艺5条件下的试样微观形貌。

图7(b)是工艺5条件下的对SEY的抑制效果。

图8(a)是工艺6条件下的试样微观形貌。

图8(b)是工艺7条件下的试样微观形貌。

图8(c)是工艺8条件下的试样微观形貌。

图8(d)是工艺9条件下的试样微观形貌。