[发明专利]一种测量二次电子发射系数的平板型收集装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于固体材料二次电子发射系数测量技术领域，涉及一种测量二次电子发射系数的平板型收集装置及测量方法。

背景技术

入射电子轰击固体表面使得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δ，其决定静电流流出还是流入固体表面。二次电子发射系数δ与材料性质及其表面状态（材料温度、表面粗糙度等）有关，不同材料的二次电子发射系数δ差异很大。二次电子发射系数δ是关于入射电子能量及角度的函数，随着入射能量的增加，δ先增加后减小，角度不同δ也不相同。δ>1说明相对于入射电子有更多的电子从固体发射出来，因而会出现次级电子倍增现象，绝缘材料表面会带同正电荷；δ<1表明出射电子数目小于入射电子，绝缘材料表面带负电荷。二次电子发射系数测量由一次电子流I_p和二次电子流I_s获得，根据计算公式δ=I_s/I_p得到该入射电子能量下的发射系数。改变不同的电子入射能量，从而获得材料的二次电子发射系数曲线。

二次电子倍增效应是导致材料沿面闪络及表面带电等现象的关键因素，精确测量二次电子发射系数就显得尤为重要。此外，在等离子体物理、扫描电镜以及空间材料等领域，二次电子发射系数也是表征材料介电性能的重要参数。金属材料的二次电子发射系数因其自身的导电性测量相对比较容易，介质材料在电子轰击之后会表面带电，给测量带来困难。近年来，二次电子发射系数的精确测量已经成为国内外电气绝缘及材料领域的研究热点。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种测量二次电子发射系数的平板型收集装置及测量方法，用于实现测量金属以及介质材料的二次电子发射系数曲线。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种测量二次电子发射系数的平板型收集装置，包括在真空室内平行布置的样品台和收集极，收集极上开设有束斑小孔，电子枪发射穿过束斑小孔的电子束；样品台的下端设有与转动轴相连接的转动平台，样品台上设有多个样品放置位，法拉第筒设置在转动平台上，样品台的样品放置位、法拉第筒通过转动平台的转动交替位于束斑小孔的下方；收集极、法拉第筒分别与真空室外的电流检测装置相连接。

所述的法拉第筒通过法拉第筒偏压装置与电流放大器相连接，输出一次电流I_p；

收集极通过收集极偏压装置与电流放大器相连接，输出二次电流I_s；

电流放大器与电流显示/数据采集处理装置相连接。

所述的收集极的上表面涂有荧光粉，荧光粉在受到电子轰击后会发光，通过是否有荧光粉发光判别电子束是否垂直入射进入束斑小孔；收集极的下表面镀碳；

所述的束斑小孔的孔轴线与电子枪的入射方向一致；

所述的收集极偏压装置为+10～100V的正偏压装置，进而收集极可有效收集其表面产生的二次电子。

所述的法拉第筒的端口与样品台上的样品处于同一水平高度，其内壁镀碳，径向比为1:3～5；

所述的法拉第筒偏压装置为+10～100V的正偏压装置，进而法拉第筒可有效收集入射电子；法拉第筒偏压装置与收集极偏压装置的结构相同。

所述的电子枪的能量范围为10～10keV，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10ns～1ms。

所述的样品台与转动平台之间还设有加热样品的加热装置，加热温度范围为30～300℃，用以测量不同温度下的二次电子发射系数。

所述的转动平台为平面圆盘结构，转动轴上设置的刻度对应样品的测量位置，当转动轴旋转α角度时，实现样品之间或样品与法拉第筒的转换，当转动轴旋转0～α之间的角度，测量一块样品上不同点处的二次电子发射系数。

所述的真空室测量时保持在10^-3Pa的真空度，极限真空度为10^-5Pa；

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在电流显示/数据采集处理装置上显示。

一种测量二次电子发射系数的测量方法，包括以下操作：