[發明專利]一種二次電子發射性能參數測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202010013951.8
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111077176A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 閆保軍;劉術林;溫凱樂;王玉漫;張斌婷;谷建雨
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01N23/2251
• 分類號: G01N23/2251
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種二次電子發射性能參數測試裝置及測試方法。本裝置包括球形電子收集器，其由外向內依次是：球形收集極、球形抑制極和球形接地極；球形電子收集器固定在真空室內的電子收集器固定裝置上，其上方設有入射電子孔，電子槍口由入射電子孔進入球形電子收集器內部，球形電子收集器的下方設有樣品臺進出孔；樣品臺升降旋轉裝置，包括安裝在真空室外的磁流體控制器、真空室內的螺桿傳動機構及與之連接的齒輪旋轉機構，樣品臺與齒輪旋轉機構連接，樣品臺從球形電子收集器下方開孔處進入其內部；磁流體控制器通過螺桿傳動機構及與之連接的齒輪旋轉機構驅動樣品臺上下移動及旋轉；樣品臺一面用于放置待測樣品，另一面上固定一次電子收集器。

技術領域

本發明涉及固體材料表面物理性能測試領域，具體是涉及金屬、半導體、絕緣體材料的二次電子發射性能參數的測試裝置及測試方法。

背景技術

具有一定能量的電子轟擊到固體材料表面，使得材料內部電子從材料表面發射出來的現象，稱為材料的二次電子發射現象。

材料的二次電子發射性能參數包括材料的二次電子發射系數δ、二次電子能譜d(E)和二次電子的空間角分布f(θ)，這些參數主要和入射電子的能量E和角度β有關。轟擊材料表面的電子稱為一次電子流I_p，一次電子流功率密度和E、電子束斑面積S有關，從材料表面發射的電子稱為二次電子流I_s，通常材料的二次電子發射系數δ定義為I_s與I_p之比。δ小于1表示發生了二次電子的抑制效應，這一效應可以解決航天器表面的微放電問題、環形加速器內表面的電子云問題和高功率微波真空器件的可靠性和壽命問題等。δ大于1表示發生了二次電子的倍增效應，這一效應廣泛應用在電子倍增器領域，如雙片微通道板探測器利用材料表面的二次電子級聯倍增效應，增益可以達到10⁷；隨著大型高能物理實驗對探測器件，如微通道板型光電倍增管(MCP-PMT)，的要求越來越高，研究探測器中所用到的二次電子倍增材料的性能顯得尤其重要。從材料表面發射的二次電子在能量上呈現一定的分布稱為二次電子能譜曲線d(E)，包括一次電子的彈性散射電子峰、非彈性散射電子峰、真二次電子峰、俄歇電子峰等。多數表面分析儀器的原理和材料的二次電子能譜有關，如俄歇電子能譜儀中利用了俄歇電子峰，掃描電子顯微鏡中利用了真二次電子峰等，通過測試二次電子能譜曲線可以解決和材料性質相關的很多物理問題。從材料表面發射的二次電子存在一定的空間角分布，測試二次電子在空間中的分布對于完善現有二次電子發射理論具有重要的意義。

二次電子發射性能測試設備是獲取材料二次電子發射性能參數的有利工具，該設備的核心部分是二次電子收集器(包括收集極和兩層柵網)?，F有設備通常采用球形、圓柱形或半球形二次電子收集器。球形二次電子收集器的缺陷是：無法測試二次電子的空間角分布；圓柱形二次電子收集器的缺陷是：測試二次電子能譜時，兩層柵網之間的電場線方向和二次電子運行軌跡存在夾角，造成二次電子能譜測試結果不準確；另外，測試二次電子的空間角分布時，需要不斷調整樣品臺的位置，容易造成一次入射電子束斑面積S的改變，影響一次電子流功率密度，進而影響測試結果。半球形二次電子收集器的缺陷是：當一次電子入射角度較大時，二次電子無法被完全收集，造成測試結果誤差較大。

發明內容

為了克服現有技術中二次電子收集器的不足，本申請的目的是提供一種固體材料二次電子發射性能參數的測試裝置和方法，使得測試過程簡單且二次電子被充分收集，可用于準確測量不同入射電子流功率密度和入射角度時，材料的二次電子發射系數、二次電子能譜和二次電子空間角分布。

為實現上述各項發明目的，本發明的測試裝置，包括：

真空系統，包括用于提供和維持真空環境的真空泵、用于檢測真空度的真空測試裝置和作為腔體用的真空室；

電子束產生系統，包括通過法蘭接口安裝在真空室內、用于產生連續或脈沖電子束的電子槍及真空室外的電子槍控制器；