[发明专利]一种二次电子发射性能参数测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种二次电子发射性能参数测试装置及测试方法。本装置包括球形电子收集器，其由外向内依次是：球形收集极、球形抑制极和球形接地极；球形电子收集器固定在真空室内的电子收集器固定装置上，其上方设有入射电子孔，电子枪口由入射电子孔进入球形电子收集器内部，球形电子收集器的下方设有样品台进出孔；样品台升降旋转装置，包括安装在真空室外的磁流体控制器、真空室内的螺杆传动机构及与之连接的齿轮旋转机构，样品台与齿轮旋转机构连接，样品台从球形电子收集器下方开孔处进入其内部；磁流体控制器通过螺杆传动机构及与之连接的齿轮旋转机构驱动样品台上下移动及旋转；样品台一面用于放置待测样品，另一面上固定一次电子收集器。

技术领域

本发明涉及固体材料表面物理性能测试领域，具体是涉及金属、半导体、绝缘体材料的二次电子发射性能参数的测试装置及测试方法。

背景技术

具有一定能量的电子轰击到固体材料表面，使得材料内部电子从材料表面发射出来的现象，称为材料的二次电子发射现象。

材料的二次电子发射性能参数包括材料的二次电子发射系数δ、二次电子能谱d(E)和二次电子的空间角分布f(θ)，这些参数主要和入射电子的能量E和角度β有关。轰击材料表面的电子称为一次电子流I_p，一次电子流功率密度和E、电子束斑面积S有关，从材料表面发射的电子称为二次电子流I_s，通常材料的二次电子发射系数δ定义为I_s与I_p之比。δ小于1表示发生了二次电子的抑制效应，这一效应可以解决航天器表面的微放电问题、环形加速器内表面的电子云问题和高功率微波真空器件的可靠性和寿命问题等。δ大于1表示发生了二次电子的倍增效应，这一效应广泛应用在电子倍增器领域，如双片微通道板探测器利用材料表面的二次电子级联倍增效应，增益可以达到10⁷；随着大型高能物理实验对探测器件，如微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)，的要求越来越高，研究探测器中所用到的二次电子倍增材料的性能显得尤其重要。从材料表面发射的二次电子在能量上呈现一定的分布称为二次电子能谱曲线d(E)，包括一次电子的弹性散射电子峰、非弹性散射电子峰、真二次电子峰、俄歇电子峰等。多数表面分析仪器的原理和材料的二次电子能谱有关，如俄歇电子能谱仪中利用了俄歇电子峰，扫描电子显微镜中利用了真二次电子峰等，通过测试二次电子能谱曲线可以解决和材料性质相关的很多物理问题。从材料表面发射的二次电子存在一定的空间角分布，测试二次电子在空间中的分布对于完善现有二次电子发射理论具有重要的意义。

二次电子发射性能测试设备是获取材料二次电子发射性能参数的有利工具，该设备的核心部分是二次电子收集器(包括收集极和两层栅网)。现有设备通常采用球形、圆柱形或半球形二次电子收集器。球形二次电子收集器的缺陷是：无法测试二次电子的空间角分布；圆柱形二次电子收集器的缺陷是：测试二次电子能谱时，两层栅网之间的电场线方向和二次电子运行轨迹存在夹角，造成二次电子能谱测试结果不准确；另外，测试二次电子的空间角分布时，需要不断调整样品台的位置，容易造成一次入射电子束斑面积S的改变，影响一次电子流功率密度，进而影响测试结果。半球形二次电子收集器的缺陷是：当一次电子入射角度较大时，二次电子无法被完全收集，造成测试结果误差较大。

发明内容

为了克服现有技术中二次电子收集器的不足，本申请的目的是提供一种固体材料二次电子发射性能参数的测试装置和方法，使得测试过程简单且二次电子被充分收集，可用于准确测量不同入射电子流功率密度和入射角度时，材料的二次电子发射系数、二次电子能谱和二次电子空间角分布。

为实现上述各项发明目的，本发明的测试装置，包括：

真空系统，包括用于提供和维持真空环境的真空泵、用于检测真空度的真空测试装置和作为腔体用的真空室；

电子束产生系统，包括通过法兰接口安装在真空室内、用于产生连续或脉冲电子束的电子枪及真空室外的电子枪控制器；