CN102706914A - 介质材料二次电子发射系数测量***及测量方法 - Google Patents

介质材料二次电子发射系数测量***及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种介质材料二次电子发射系数的测量***及测量方法。该测量***包括法拉第杯、脉冲电子枪，法拉第杯外的脉冲电子枪产生的入射电子束穿过筒上的电子入射口入射到样品上，样品背电极和地线之间电连接有自动调压电路，使得样品表面电位相对于电子枪之间的电位差保持恒定，该调压电路的调压幅度由反馈控制电路实时控制，从而保证样品的充电电位得到实时补偿，样品与调压电路的调压电源之间以及法拉第杯分别连有电流探头测量净收集电流和二次电子电流。本发明的测量***和方法简单，不需要离子源等额外消电设备和相关实验环节且测量效率高，可连续测量，无需在每个辐照脉冲后都停止以实施消电处理和表面电位测量等工作，且测量误差较小。

Description

介质材料二次电子发射系数测量***及测量方法
技术领域
本发明属于航天材料的空间应用技术领域，具体涉及一种二次电子发射系数的测量***及测量方法。
背景技术
现有介质材料二次电子发射系数的测量方法一般采用离子束或紫外线辐照等方式对样品表面进行消电处理，处理后进行二次电子发射系数的测量，然而，这种测量方法不仅使得测量复杂，而且实验精度和效率都有限。例如，中国专利申请CN201010617890.2“一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置”公开了一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，该装置包括光栏、法拉第杯、电流收集极、绝缘垫、阻滞栅网和样品台，该装置可区分一次电子与材料作用后产生的二次电子和背散射电子，还有分析二次电子和背散射电子能谱的功能，但在二次电子测量过程中，入射电子束对样品充电，样品的表面电位会进一步影响入射电子到达样品表面的实际能量，因此，会对拟测量的“二次电子产额一入射电子能量”曲线产生影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种介质材料二次电子发射系数的测量***及测量方法，该测量方法无需对样品进行消电处理、通过表面电位补偿有效避免了消电处理引入的测量误差，同时显著提高了测量效率。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种介质材料二次电子发射系数的测量***，包括法拉第杯、脉冲电子枪，其中法拉第杯上设置有电子入射口，法拉第杯外的脉冲电子枪产生不同能量的入射电子并穿过所述电子入射口入射到筒内的待测量介质材料样品上，待测量介质材料样品背电极和地线之间电连接有自动调压电路以对样品表面电位进行实时补偿，使得样品表面电位相对于电子枪之间的电位差保持恒定，该调压电路的调压幅度由反馈控制电路实时控制，反馈控制信号通过采集样品背电极的接地电流信号，再根据充电电位与电流的关系通过积分电路得到一个调压控制信号，对调压幅度进行实时控制，从而保证样品的充电电位得到实时补偿，样品与自动调压电路的调压电源之间连接有电流探头以测量样品的净收集电流，法拉第杯也电连接有电流探头以测量法拉第杯的二次电子电流。
其中，待测量介质材料样品通过背面金属电极与调压电路电连接；
其中，上述金属电极优选为银电极或铜电极。
其中，两探头还可以分别串联有示波器(图中未示出)，以存储和读取电流探头数据。
优选地，电子束的脉宽小于1ms。
一种利用上述测量***测量介质材料二次电子发射系数的方法，包括以下步骤：
a.开启脉冲电子枪，产生的电子束辐照样品即产生二次电子；
b.通过所述样品背面电极电连接的电流探头测量得到感应电流，该感应电流即入射电子电流I0与二次电子电流Ise之差I1＝I0-Ise；
c.在正偏压下的法拉第杯2将样品发射的二次电子全部收集，并通过与其连接的电流探头测量得到二次电子电流I2＝Ise；
d.通过I1/(I1+I2)计算得到二次电子发射系数。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1.测量***和方法简单，不需要离子源等额外消电设备和相关实验环节；2测量效率高，一个样品可以连续进行脉冲辐照测量，无需在每个辐照脉冲后都停止以实施消电处理和表面电位测量等工作；3.误差较小，避免了因离子等辐照消电处理引入的直接误差以及由此引起的材料性能改变而带来的间接测量误差。
附图说明
图1是本发明的介质材料二次电子发射系数的测量***的结构示意图。其中，1为脉冲电子枪；2为法拉第杯；3为样品；4为调压电路；5为反馈控制电路；6为电流探头；7为电流探头。
图2为本发明的测量方法的二次电子测量原理示意图；
具体实施方式
以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
参照图1，图1为本发明的介质材料二次电子发射系数的测量***的结构示意图。其中，本发明的介质材料二次电子发射系数的测量***，包括法拉第杯、脉冲电子枪，其中法拉第杯上设置有电子入射口，法拉第筒能够在施加十伏左右的正偏压下用于收集样品产生的二次电子，法拉第杯外的脉冲电子枪产生不同能量的入射电子束(其脉宽小于1ms，能量范围根据测量需要确定)并穿过所述电子入射口入射到筒内的待测量介质材料样品上，待测量介质材料样品和地线之间电连接有自动调压电路以对样品表面电位进行实时补偿，使得样品表面电位相对于电子枪之间的电位差保持恒定，该调压电路的调压幅度由反馈控制电路实时控制，反馈控制信号通过采集样品背电极的接地电流信号，再根据充电电位与电流的关系通过积分电路得到一个调压控制信号，对调压幅度进行实时控制，具体来说，它从样品接地电流采集信号，进过积分处理产生调压控制信号输入调压电路，从而保证样品的充电电位得到实时补偿，样品与自动调压电路的调压电源之间连接有电流探头以测量样品的净收集电流，该电流探头也即为样品接地电流探头，用于测量样品在电子束辐照下的接地电流，该电流为入射电子电流与二次电子电流之差，此外，法拉第杯也电连接有电流探头以测量法拉第杯的二次电子电流。此外，两探头还可以分别串联有示波器(图中未示出)，以存储和读取电流探头数据。
本方法主要采用在样品背电极接入调压电路从而对样品表面电位进行实施补偿的手段来消除表面电位对入射电子的影响，其原理如下：
充电前样品表面电位为0，设电子枪的电压为U，则入射电子到达样品的能量为eU。假设测量过程中样品表面被充到电位Vs＝-V，在没有采用电位补偿的情况下，电子到达样品的实际能量为e(U-V)，当样品被施加偏压V后，样品表面电位被调整到0，从而电子撞击样品时的实际能量仍为eU，如图2所示。
电子枪1产生的电子束辐照样品3即后产生二次电子，样品背电极的电流探头6测量到的感应电流为入射电子电流I0与二次电子电流Ise之差I1＝I0-Ise；法拉第杯2在几伏的正偏压下将样品发射的二次电子全部收集，二次电子电流I2＝Ise由电流探头7测量得到；二次电子发射系数由I1/(I1+I2)得到。
调压电路4的调压幅度由反馈控制电路5进行控制，实施控制样品表面处于零电位。反馈控制电路对电流探头6进行采样分析并根据电流与电位的关系计算出反馈电压信号，对调压电路4进行自动控制调节。
针对测量过程中样品表面电位对入射电子的影响，本方法采用如下方案：1)将法拉第筒2偏压设置在十伏左右；2)打开电子枪1，用一定能量的电子束对样品进行单次脉冲辐照并读取电子束能量；3)从示波器读取电流探头6的数据I1和探头7的数据I2，计算得到二次电子发射系数＝I2/(I1+I2)；4)改变入射电子束能量，重复上述过程，得到不同主电子能量下的二次电子发射系数，绘制样品材料的“二次电子系数-主电子能量”曲线。其中，通过在样品背电极和地之间接入调压电路4，对样品表面电位进行实施补偿，使得样品表面电位相对于电子枪之间的电位差保持恒定，从而在测量过程中电子到达样品时的电位始终不变，从而避免了对样品的消电处理。此外，通过将调压电路4的调压幅度由反馈控制电路实施实时5控制，反馈控制信号根据样品背电极电流计算得到。根据法拉第杯的二次电子电流和样品的净入射电流，可以得到对应电子能量下的二次电子发射系数。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种介质材料二次电子发射系数的测量***，包括法拉第杯、脉冲电子枪，其中法拉第杯上设置有电子入射口，法拉第杯外的脉冲电子枪产生不同能量的入射电子并穿过所述电子入射口入射到筒内的待测量介质材料样品上，待测量介质材料样品背电极和地线之间电连接有自动调压电路以对样品表面电位进行实时补偿，使得样品表面电位相对于电子枪之间的电位差保持恒定，该调压电路的调压幅度由反馈控制电路实时控制，反馈控制信号通过采集样品背电极的接地电流信号，再根据充电电位与电流的关系通过积分电路得到一个调压控制信号，对调压幅度进行实时控制，从而保证样品的充电电位得到实时补偿，样品与自动调压电路的调压电源之间连接有电流探头以测量样品的净收集电流，法拉第杯也电连接有电流探头以测量法拉第杯的二次电子电流。
2.如权利要求1所述的测量***，其中，待测量介质材料样品通过背面金属电极与调压电路电连接。
3.如权利要求2所述的测量***，其中，上述金属电极优选为银电极或铜电极。
4.如权利要求1-3任一项所述的测量***，其中，两探头分别串联有示波器，以存储和读取电流探头数据。
5.如权利要求1-3任一项所述的测量***，其中，电子束的脉宽小于1ms。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的测量***测量介质材料二次电子发射系数的方法，包括以下步骤：
a.开启脉冲电子枪，产生的电子束辐照样品即产生二次电子；
b.通过所述样品背面电极电连接的电流探头测量得到感应电流，该感应电流即入射电子电流Io与二次电子电流Ise之差I1＝I0-Ise；
c.在正偏压下的法拉第杯2将样品发射的二次电子全部收集，并通过与其连接的电流探头测量得到二次电子电流I2＝Ise；
d.通过I1/(I1+I2)计算得到二次电子发射系数。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述电子束的脉宽小于1ms。
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