测试全入射角下材料二次电子发射系数的方法和装置

摘要

本发明提供一种测试全入射角下材料二次电子发射系数的方法和装置。方法包括：步骤1，将待测样品放入真空腔体内的样品台，并将腔体抽真空，收集部分为四分之一球壳的电子收集装置位于上半空间；步骤2，旋转样品台，使待测样品倾斜所需测试角度θ，测试电子收集装置上流过的电流，记为I1；步骤3，旋转样品台，使待测样品沿相反的方向倾斜角度θ，测试电流，记为I2；步骤4，保持待测样品不动，将电子收集装置旋转至下半空间，测试电流，记为I3；步骤5，测试入射电子电流，记为Ip；得出入射角度θ下的二次电子发射系数δ为：本发明通过改变样品角度和收集装置的角度，能够收集所有出射的电子，具有测试结果精确，操作简单的优势。

说明书

技术领域

本发明属于物理电子学领域，特别涉及一种测试全入射角下材料二次电子发射系数的方法和装置。

背景技术

材料的二次电子发射特性不仅是表征空间飞行器大功率微波部件微放电的重要参数，也是空间飞行器大功率微波部件选材、分析与设计的重要依据。二次电子发射特性的测试对于研究二次电子发射的物理机理，精确预测微放电阈值和优化微放电抑制方法具有显著意义。不同入射角度下二次电子发射特性的测试有助于准确的预测微放电阈值及评估微放电抑制方法，这对于缩短微波部件设计周期，减少微放电实验时间和节省各项支出具有显著效果。同时，金属材料的二次电子发射特性对真空电子器件的性能也有着重要的影响。一方面，各类电子倍增管、扫描电子显微镜、俄歇电子能谱仪和其它各种电子表面分析仪器的核心原理都是利用了材料的二次电子发射过程。另一方面，二次电子倍增放电过程则是影响各类高功率微波真空器件、核聚变和加速器可靠性和寿命的重要因素。准确测量金属材料的二次电子发射特性对各类真空电子器件的设计、评估和性能提高都有着重要意义。

但是，目前对于不同入射角度下的二次电子发射系数的测试仍存在一定问题。

现有的测试带角度的二次电子发射系数具有以下几种方法：1)采用全球型收集极收集二次电子，这种方法收集的二次电子范围广，测试结果准确，但是每次测试时需要打开整套真空腔体，这不仅操作困难，而且经常会使腔体内的重要部件暴漏大气，导致部件寿命缩短；2)采用半球形或盒状收集极。这种方法当电子入射角度较大时，一部分二次电子无法收集；3)改变 样品角度，通过向样品施加偏压来测试样品电流。该方法当测试大角度入射时，样品上施加的偏压会对测试结果产生影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种新的二次电子发射系数的测试方法，具有测试结果精确，操作简单易行的优势，以克服现有技术中全球型收集极操作困难、半球型收集极一部分电子无法收集，施加偏压法对测试结果产生影响等问题。

本发明的技术方案为：一种测试全入射角下材料二次电子发射系数的方法，包括：

步骤1，将待测样品放入真空腔体内的样品台，并将腔体抽真空至可打开电子枪的真空度，收集部分为四分之一球壳的电子收集装置位于上半空间；

步骤2，旋转样品台，使待测样品沿第一方向倾斜需测试角度θ，打开电子枪，测试电子收集装置上流过的电流，记为I₁；

步骤3，旋转样品台，使待测样品沿与第一方向相反的第二方向倾斜需测试角度θ，打开电子枪，测试电子收集装置上流过的电流，记为I₂；

步骤4，保持待测样品不动，将电子收集装置旋转至下半空间，打开电子枪，测试电子收集装置上流过的电流，记为I₃；

步骤5，测试入射电子电流，记为I_p；得出入射角度θ下的二次电子发射系数δ为：$\delta =\frac{I_1+I_2+I_3}{I_P}.$

进一步地，步骤2、步骤3、步骤4中通过皮安表测试电子收集装置上流过的电流。

进一步地，步骤5中，通过将待测样品施加大偏压测试流过待测样品的电流或者通过法拉第杯测试到入射电子电流。

根据本发明的另一方面，提供了一种测试全入射角下材料二次电子发射 系数的装置，应用上述的方法，包括：

设置在真空腔体内的样品台，用于放置待测样品，能够从第一方向或第二方向旋转至待测样品的待测角度；电子收集装置，收集部分为四分之一球壳，电子收集装置能够相对于样品台旋转至样品台的上半空间或下半空间；电子枪，用于向样品台上的待测样品发射电子。

进一步地，还包括，皮安表，用于测试电子收集装置上流过的电流。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明通过改变样品角度和收集装置角度，能够将所有出射的电子均收集到，并且配合快速进样室一次测试多片，多片测试可在半天完成，具有测试结果精确，操作简单易行的优势。

附图说明

图1示出了本发明的方法中步骤2中电子收集装置与待测样品的位置关系的示意图；

图2示出了本发明的方法中步骤3中电子收集装置与待测样品的位置关系的示意图；

图3示出了本发明的方法中步骤4中电子收集装置与待测样品的位置关系的示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种测试全入射角下材料二次电子发射系数的方法，并设计了应用该方法的新型测试装置。该方法解决了全球型收集极传送样品的困难和测试效率低下的问题。全球型测试一次需要打开整个真空腔体，完成每次测试需要2-3天，而本发明配合快速进样室一次测试多片，多片测试可在半天完成。同时，本发明解决了半球型收集极测试大角度二次电子发射系数不准确的问题，在测试大角度二次电子发射系数时，半球型收集极由于收集极无法转动，导致一部分电子泄露出去。而本发明通过改变样品角度和收集装置角度，能够将所有出射的电子均收集到。本发明的方法具有测试结果精 确，操作简单易行的优势。

本发明提供的方法，包括以下几个步骤：

(1)将待测样品放入真空腔体的样品台上，并将腔体抽真空到可打开电子枪的真空度；

(2)通过四维样品架旋转样品台，使待测样品由水平倾斜到需要测试的角度θ，电子收集装置与待测样品的位置关系如图1所示；此时，打开电子枪，通过皮安表测试电子收集装置上流过的电流，记为I₁；

(3)通过四维样品架旋转样品台，使待测样品与水平位置仍成待测角度θ，但是旋转方向相反，收集部分为四分之一球壳的电子收集装置保持不动，电子收集装置与待测样品的位置关系如图2所示；此时，打开电子枪，通过皮安表测试电子收集装置上流过的电流，记为I₂；

(4)保持待测样品不动，将电子收集装置向下旋转至下半空间，电子收集装置与待测样品的位置关系如图3所示；此时，打开电子枪，通过皮安表测试电子收集装置上流过的电流，记为I₃；

(5)通过将待测样品施加大偏压测试流过待测样品的电流或者通过法拉第杯均可测试到入射电子电流，记为I_p；

则入射角度θ下的二次电子发射系数δ为：

$\delta =\frac{I_1+I_2+I_3}{I_P}$

下面参见附图详述本发明的工作原理：

参见图1所示，电子以θ角入射到待测样品表面，电子出射的区域为待测样品的上半平面(即A1、A2、A3和A4，电子在材料中的运动仅有数微米，因此电子不会打到背面)，电子收集装置摆放的位置将收集到A1部分的电子。

参见图2所示，将待测样品向相反的方向旋转θ角，电子仍以原方向入射到待测样品表面，电子出射的区域为待测样品的上半平面。由于电子与固体作用角度的对称性，只要入射电子束与样品表面的夹角确定，无论电子是 以哪个方向入射，出射的电子数目是相等的。因此，图1和图2中的各区域出射电子数仅与相对入射角度有关，即图2中的A1、A2、A3和A4与图1中的A1、A2、A3和A4，这两组区域分别对应的出射电子数目是一致的。此时，电子收集装置摆放的位置将收集到相当于图1的A2和A3部分的电子。

参见图3所示，改变收集装置的位置，此时，电子收集装置收集到相当于图1的A4部分的电子。将上面图1、图2、图3三次电子收集装置得到的电子数累加就是A1、A2、A3和A4四个区域电子发射数的总和，也就是整个材料的二次电子电流，再除以入射电子电流就得到二次电子发射系数。