[發明專利]一種利用規則陣列結構減小金屬二次電子發射系數的方法

有效

• 申請號: 201210215615.7
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102795591A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 賀永寧;葉鳴;崔萬照;王瑞;胡天存;黃光孫
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域：

本發明專利涉及大功率微波部件表面處理領域，用于抑制金屬表面二次電子發射系數，從而應用該新方法大幅度提高相關部件和系統的工作性能。具體涉及利用半導體領域的微圖形光刻工藝，在金屬表面形成規則陣列結構，這一技術可明顯抑制金屬表面二次電子發射系數，為提高大功率微波部件工作性能提供一種有效的方法。

背景技術：

二次電子發射是指一定能量的電子入射到固體表面時導致固體表面出射電子的現象，通常將入射電子稱為初始電子，將出射電子稱為二次電子。二次電子發射系數（SEY）定義為二次電子個數與初始電子個數之比。不同材料具有不同的二次電子發射系數，而且二次電子發射系數隨初始電子的入射能量以及入射角度的變化而變化。除此之外，材料的表面形貌也是影響SEY的重要因素。

在掃描電子顯微鏡等領域中，人們正是利用了材料的二次電子發射特性進行納米尺度的微觀分析，這算是對二次電子發射現象的積極應用。然而，在粒子加速器系統中，由金屬二次電子發射導致的“電子云”現象已經成為影響加速器系統性能的重要因素之一；在大功率微波系統中，二次電子發射導致的擊穿現象也成為提高系統功率容量的瓶頸之一。

已有研究結果表明，特定的表面結構具有抑制SEY的作用。具體而言，具有大深寬比和大孔隙率的表面結構具有更好的SEY抑制特性。雖然國外已經實現了毫米級的規則結構來抑制SEY，但在一定的場合（例如，大功率微波系統），這種毫米級的表面結構雖然能抑制SEY但會帶來系統其它方面性能的惡化，比如微波損耗會因這種毫米級起伏結構而顯著增加，而且微波器件的電磁波傳輸特性也很可能因這種結構而惡化，從而導致器件或系統性能指標無法滿足要求。因此，在更小尺度上實現這種表面結構，從而既達到抑制SEY的目的，又不顯著惡化器件或系統性能，就變得非常有必要了。另外，這種微米尺度的規則陣列結構的SEY抑制特性，也為相關的理論研究工作提供了很好的實驗基礎。

基于上述背景，本發明提出了利用半導體光刻工藝在金屬表面實現微米級規則陣列結構，顯著地抑制了金屬表面的二次電子發射特性。

發明內容：

本發明提出一種利用微米級規則陣列結構表面抑制金屬表面SEY的方法，其目的在于降低降低金屬表面的SEY,從而在不顯著惡化系統其它方面性能的前提下提高系統整體工作性能。具體如下：

一種利用規則陣列結構減小金屬二次電子發射系數的方法，包括如下步驟：對待處理金屬樣片依次進行超聲清洗、旋轉涂膠、烘烤、曝光、烘烤、顯影處理；對進行上述處理過的樣片在刻蝕液進行腐蝕，形成微米結構陣列，根據對金屬表面的二次電子發射系數要求決定微米結構的深寬比或孔隙率，從而決定掩膜版圖形設計及其刻蝕工藝參數；腐蝕完畢的樣片進行去膠和超聲清洗。

進一步地，所述金屬是金、銅或鋁。

進一步地，還包括如下步驟：在腐蝕時，通過控制腐蝕液成分，實現微米級陣列結構及亞微米兩級結構。

進一步地，所述微米結構為圓孔或者矩形槽結構。

進一步地，微米結構尺寸在幾微米至幾十微米。

本發明的有益效果是：

1.將半導體光刻工藝移植到了大功率微波器件處理領域，在器件金屬表面實現了微米級陣列結構，這一結構可顯著降低金屬表面二次電子發射系數，從而提高了大功率微波器件、加速器等的工作性能。

2.通過實驗驗證了微米陣列結構可有效降低金屬表面二次電子發射系數。

附圖說明：

圖1微米級陣列結構的光刻工藝過程。

圖2(a)是工藝1條件下的微米級陣列結構微觀形貌。

圖2(b)是工藝2條件下的微米級陣列結構微觀形貌。

圖3(a)是工藝1條件下的試樣微觀形貌。

圖3(b)是工藝1條件下的對SEY的抑制效果。

圖4(a)是工藝2條件下的試樣微觀形貌。

圖4(b)是工藝2條件下的對SEY的抑制效果。

圖5(a)是工藝3條件下的試樣微觀形貌。

圖5(b)是工藝3條件下的對SEY的抑制效果。

圖6(a)是工藝4條件下的試樣微觀形貌。

圖6(b)是工藝4條件下的對SEY的抑制效果。

圖7(a)是工藝5條件下的試樣微觀形貌。

圖7(b)是工藝5條件下的對SEY的抑制效果。

圖8(a)是工藝6條件下的試樣微觀形貌。

圖8(b)是工藝7條件下的試樣微觀形貌。

圖8(c)是工藝8條件下的試樣微觀形貌。

圖8(d)是工藝9條件下的試樣微觀形貌。