CN102515085A - 微波部件表面纳米结构抑制二次电子发射的方法 - Google Patents
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Abstract
微波部件表面纳米结构抑制二次电子发射的方法，包括以下步骤：在微波部件基体的良导体层上形成金属纳米结构；选定不同的测试条件，该测试条件包括纳米结构的孔隙率、深宽比以及纳米结构的形状；利用蒙特-卡洛方法模拟在不同测试条件下，电子入射在纳米结构中的碰撞、吸收及其所产生二次电子的碰撞、吸收和逃逸过程，得到理论上单个纳米结构中的二次电子发射产额；根据上述二次电子发射产额规律，利用多种表面处理工艺调节微波部件表面纳米结构的形状，深宽比及孔隙率，使其二次电子发射产额最小。该方法能够将的电化学银镀层表面处理微波部件的微放电阈值大幅度提高；更易于实现高深宽比二次电子陷阱结构，对表面粗糙度的影响一定程度上可以忽略，解决目前大粗糙度结构表面抑制SEY带来的负面效应。
Description
技术领域：
本发明专利涉及微波部件表面处理领域，具体涉及一种微波部件表面纳米结构抑制二次电子发射的方法。
背景技术：
目前卫星有效载荷系统中微波无源部件大部分以铝合金为基体，为了降低器件损耗最常采用的方法是表面电化学镀银。在实际使用中，这些镀银部件在大功率电磁波传输条件下易于发生倍增放电效应，被称之为微放电现象。微波部件微放电击穿现象是决定卫星工作可靠性及其寿命的主要原因之一。微放电现象发生的必要条件之一就是微波部件腔体表面的平均二次电子发射系数大于一，平均二次电子发射系数依赖于入射表面的电子束能量，因此根据SEY曲线上发射系数等于一的入射电子能量点-E1成为决定特定空间微波部件微放电阈值(可加载微波信号的最大电压或者功率)的主要因素。
提高银镀层波导部件微放电阈值是卫星通信领域微波部件可靠性问题的主要挑战之一。在不改变微波部件结构设计的前提下，目前该领域内主要采用两种途径试图解决这一问题。第一种途径，在部件表面制备新的低SEY镀层材料，例如Alodine、TiN、AgO等，这些镀层的显著优点是表面SEY小，环境稳定性好，但是这种方法存在缺点，即镀层自身导电性差导致在高频条件下表面阻抗大，工程上难于推广。第二种途径，在银镀层表面形成大的粗糙度，利用二次电子在大粗糙度结构间隙被反射吸收的原理降低表面的平均SEY，从而提高微波部件微放电阈值，这种方法的优点是避免了上述途径中的非良导体镀层带来的高损耗问题同时又可以降低SEY，因此这种研究方法在欧美航天卫星载荷研究领域受到了极大的关注和课题支持，但是这类大粗糙度表面的微结构尺寸往往大于高频条件下的趋肤深度，对微波部件的插损增加仍然是不可忽视的，另一方面，采用湿化学刻蚀或者电化学刻蚀工艺在铝合金基体或者银镀层上形成微米级大深宽比粗糙结构的表面处理工艺遇到制备技术瓶颈，这些工艺过程所带来的裂纹缺陷以及污染存在潜在的隐患。
基于以上背景技术的缺点，我们又注意到欧空局ESA相关研究中关于纳米结构表面抑制SEY的现象报导，本发明提出并利用蒙特-卡洛(M-C)模拟对多种纳米结构表面的SEY进行了系统的理论研究和分析，在此基础上结合镀银层微波部件的加工传统，提出了微波部件表面纳米结构抑制二次电子发射方法。
发明内容：
针对上述多年来不同表面处理技术存在的问题和隐患，本发明提出一种新型的微波部件纳米结构表面抑制SEY新方法，其目的在于降低微波部件表面SEY，使其E1值增大，从而在不改变微波部件结构设计的前提下提高微波部件微放电阈值，并且将微波部件损耗控制在工程应用要求范围之内。具体如下：
一种微波部件表面纳米结构抑制二次电子发射的方法，包括以下步骤：在微波部件基体的良导体层上形成金属纳米结构；选定不同的测试条件，该测试条件包括纳米结构的孔隙率、深宽比和形状；利用蒙特-卡洛方法模拟在不同测试条件下，电子入射在纳米结构中的碰撞、吸收及其所产生二次电子的碰撞、吸收和逃逸过程，得到理论上单个纳米结构中的二次电子发射产额；根据上述二次电子发射产额，调节纳米结构的孔隙率、深宽比和形状，使得二次电子发射产额最小。
在纳米结构的表面形成钝化层或者环境所致分子吸附层，以调整部件表面二次电子发射曲线特性的对环境的敏感度。
所述纳米结构为纳米多层晶或纳米多层孔。纳米结构尺度限制在100nm之下。
所述纳米结构的形状为三角槽状结构、矩形槽状结构、方孔阵列结构、圆孔阵列结构或非规则形状陷阱结构。
所述纳米结构的形成采用Ag或者Ti的纳米多孔结构的等离子体轰击方法，调节等离子体源的参数改变表面多孔的深宽比。
所述纳米结构的形成采用Ag或Au纳米多晶结构的物理沉积镀膜方法，调节镀膜工艺条件改变纳米晶的粒径和表面分布状态。所述物理沉积镀膜方法为真空蒸发镀膜或磁控溅射。
所述纳米结构的形成采用碳化物或TiN多种纳米晶的电泳沉积方法，调节纳米颗粒大小和电泳工作条件改变纳米晶在部件表面的分布状态。
本发明的有益效果是：
1.利用纳米结构表面处理方法，能够将目前工程实践中广泛应用的电化学银镀层表面处理微波部件的微放电阈值大幅度提高。
2.相比于目前宏观尺度到微米尺度的表面处理研究方法，纳米结构表面处理方法更易于实现高深宽比二次电子陷阱结构，对表面粗糙度的影响一定程度上可以忽略，解决目前大粗糙度结构表面抑制SEY带来的负面效应。
3.提出将纳米多晶镀层、等离子体轰击等微细加工方法引入大功率微波部件加工后处理工艺环节中，可能是一种有益的尝试。
附图说明：
图1是典型的铝合金基体上电化学镀银表面SEY测试曲线图。
图2(a)是对金属纳米结构为矩形纳米槽及其坐标位置图。
图2(b)是对金属纳米结构为纳米圆孔及其坐标位置图。
图2(c)是对金属纳米结构为纳半球状及其坐标位置图。
图2(d)是对金属纳米结构为圆孔球底状及其坐标位置图。
图3是选定表面孔隙密度50％和深宽比1∶1条件下，上述4种纳米结构表面平均SEY曲线图。
图4(a)是纳米槽的选取不同深宽比时入为射电子能量点E1曲线图。
图4(b)是纳米圆孔的选取不同的深宽比时入为射电子能量点E1曲线图。
图5(a)是银纳米晶镀层表面处理方法获得的微波部件表面多层结构示意图。
图5(b)是电化学银镀层纳米多孔表面处理方法获得的微波部件表面多层结构示意图。
具体实施方式：
如图1所示，典型的铝合金基体上电化学镀银表面SEY测试曲线，横坐标是入射金属表面的电子初始能量，当腔内自由电子在微波场加速条件下满足Ep＞E1时(E1入为射电子能量点)，有可能发生微放电现象。
在获得卫星上实际微波部件表面的SEY曲线基础上，将纳米结构尺度限制在100nm之下，这远小于微波腔体机械加工及后续电化学表面镀层的粗糙起伏尺度，因此将实际微波部件表面视为近似平滑表面。
利用蒙特-卡洛方法(M-C方法)模拟电子入射如图2所示的4种纳米结构中的碰撞、吸收及其所产生二次电子的碰撞、吸收和逃逸过程，得到理论上单个纳米结构中的二次电子发射产额，然后将纳米孔隙之间的表面视为平滑表面，从而可以得到特定孔隙率条件下表面的平均SEY曲线，图3给出了孔隙率50％和深宽比1∶1条件下四种纳米结构的模拟SEY曲线，可以除了半球状纳米结构的SEY与近似平滑表面的SEY相当而外，其它三种结构均可以较大幅度上降低表面平均SEY，其中平底圆孔型的纳米孔表面抑制效果最好。
M-C方法显示纳米结构表面平均SEY主要受到孔形状、深宽比以及孔隙率的影响。图4中分别给除了矩形槽纳米结构表面和纳米孔表面平均SEY曲线上Ep＝E1点的变化规律，很明显，孔隙率和深宽比的增加能够使得E1显著增大。简单根据E1与矩形波导腔微放电功率阈值的线性关系可知，在孔隙率70％以及深宽比大于1的条件下，微波部件微放电阈值将增加3-4dB之上。
基于以上研究分析，提出在常用卫星上铝合金微波部件表面形成纳米结构抑制微波部件表面SEY新方法，具体构想如图5中所示两类结构。具体的实现手段建议如下：
(1)Ag或者Ti的纳米多孔结构的等离子体轰击方法，调节等离子体源的参数改变表面多孔的深宽比。(2)Ag、Au纳米多晶结构的物理沉积镀膜方法，包括真空蒸发镀膜和磁控溅射等，调节镀膜工艺条件改变纳米晶的粒径和表面分布状态。(3)多种纳米晶的电泳沉积方法，包括碳化物、TiN等纳米颗粒的电泳沉积镀膜，调节纳米颗粒大小和电泳工作条件改变纳米晶在部件表面的分布状态。(4)纳米结构的表面钝化层或者环境所致分子吸附层的形成方法，调整部件表面SEY特性的环境敏感问题。
Claims (9)
1.微波部件表面纳米结构抑制二次电子发射的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在微波部件基体的良导体层上形成金属纳米结构；
2)选定不同的测试条件，该测试条件包括纳米结构的形状、深宽比和孔隙率；
3)利用蒙特-卡洛方法模拟在不同测试条件下，电子入射在纳米结构中的碰撞、吸收及其所产生二次电子的碰撞、吸收和逃逸过程，得到理论上单个纳米结构中的二次电子发射产额；
4)根据上述二次电子发射产额，调节纳米结构的形状、深宽比和孔隙率，使得二次电子发射产额最小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：在纳米结构的表面形成钝化层或者环境所致分子吸附层，以调整部件表面二次电子发射曲线特性的对环境的敏感度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述纳米结构为纳米多层晶或纳米多层孔。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：纳米结构尺度限制在100nm之下。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述纳米结构的形状为三角槽状结构、矩形槽状结构、方孔阵列结构、圆孔阵列结构或非规则形状陷阱结构。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米结构的形成采用Ag或者Ti的纳米多孔结构的等离子体轰击方法，调节等离子体源的参数改变表面多孔的深宽比。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米结构的形成采用Ag或Au纳米多晶结构的物理沉积镀膜方法，调节镀膜工艺条件改变纳米晶的粒径和表面分布状态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述物理沉积镀膜方法为真空蒸发镀膜或磁控溅射。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米结构的形成采用碳化物或TiN多种纳米晶的电泳沉积方法，调节纳米颗粒大小和电泳工作条件改变纳米晶在部件表面的分布状态。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102801680A (zh) * | 2012-07-20 | 2012-11-28 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种确定多载波微放电二次电子数目的方法 |
| CN102816997A (zh) * | 2012-07-20 | 2012-12-12 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种降低铝合金镀银表面二次电子发射系数的方法 |
| CN103196932A (zh) * | 2013-02-26 | 2013-07-10 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种确定微波部件金属表面二次电子发射系数的方法 |
| CN103320799A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-09-25 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种抑制微波部件镀银层表面二次电子发射系数的方法 |
| CN103882487A (zh) * | 2014-03-24 | 2014-06-25 | 陕西科技大学 | 一种用于抑制微波部件表面二次电子发射的银膜陷阱结构的制备方法 |
| CN104646832A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-05-27 | 中国航天时代电子公司 | 一种抑制二次电子发射的微波器件表面加工装置及方法 |
| CN105070977A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-11-18 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种提高同轴型传输线微放电阈值的结构 |
| CN105203574A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-30 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种快速确定规则槽二次电子产额的方法 |
| US20170292190A1 (en) * | 2014-09-16 | 2017-10-12 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) | Anti-multipactor device |
| CN108546929A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-18 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种在基片表面制备氮化钛纳米薄膜的方法、具有薄膜的基片及其应用 |
| CN114186432A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-15 | 西安交通大学 | 具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000348647A (ja) * | 1999-06-02 | 2000-12-15 | Sharp Corp | 画像形成装置 |
| EP1276132A1 (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-15 | VA TECH Transmission & Distribution GmbH & Co. KEG | Method and device for collecting electrons |
| US6770353B1 (en) * | 2003-01-13 | 2004-08-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Co-deposited films with nano-columnar structures and formation process |
| CN101964290A (zh) * | 2009-07-22 | 2011-02-02 | 中国科学院电子学研究所 | 一种多级降压收集极材料及其制备和表面处理方法 |
-
2011
- 2011-11-14 CN CN201110359776.9A patent/CN102515085B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000348647A (ja) * | 1999-06-02 | 2000-12-15 | Sharp Corp | 画像形成装置 |
| EP1276132A1 (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-15 | VA TECH Transmission & Distribution GmbH & Co. KEG | Method and device for collecting electrons |
| US6770353B1 (en) * | 2003-01-13 | 2004-08-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Co-deposited films with nano-columnar structures and formation process |
| CN101964290A (zh) * | 2009-07-22 | 2011-02-02 | 中国科学院电子学研究所 | 一种多级降压收集极材料及其制备和表面处理方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张娜等: "微放电效应研究进展", 《空间电子技术》 * |
| 朱存宝: "加速器真空室常用材料二次电子发射系数的研究与测量", 《中国学位论文全文数据库》 * |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102816997A (zh) * | 2012-07-20 | 2012-12-12 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种降低铝合金镀银表面二次电子发射系数的方法 |
| CN102816997B (zh) * | 2012-07-20 | 2014-07-02 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种降低铝合金镀银表面二次电子发射系数的方法 |
| CN102801680B (zh) * | 2012-07-20 | 2014-10-08 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种确定多载波微放电二次电子数目的方法 |
| CN102801680A (zh) * | 2012-07-20 | 2012-11-28 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种确定多载波微放电二次电子数目的方法 |
| CN103196932A (zh) * | 2013-02-26 | 2013-07-10 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种确定微波部件金属表面二次电子发射系数的方法 |
| CN103196932B (zh) * | 2013-02-26 | 2014-11-19 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种确定微波部件金属表面二次电子发射系数的方法 |
| CN103320799A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-09-25 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种抑制微波部件镀银层表面二次电子发射系数的方法 |
| CN103320799B (zh) * | 2013-06-27 | 2014-11-19 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种抑制微波部件镀银层表面二次电子发射系数的方法 |
| CN103882487A (zh) * | 2014-03-24 | 2014-06-25 | 陕西科技大学 | 一种用于抑制微波部件表面二次电子发射的银膜陷阱结构的制备方法 |
| US20170292190A1 (en) * | 2014-09-16 | 2017-10-12 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) | Anti-multipactor device |
| US10724141B2 (en) * | 2014-09-16 | 2020-07-28 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas (Csic) | Anti-multipactor device |
| CN104646832A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-05-27 | 中国航天时代电子公司 | 一种抑制二次电子发射的微波器件表面加工装置及方法 |
| CN105070977A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-11-18 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种提高同轴型传输线微放电阈值的结构 |
| CN105070977B (zh) * | 2015-07-28 | 2017-11-07 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种提高同轴型传输线微放电阈值的结构 |
| CN105203574B (zh) * | 2015-09-29 | 2017-10-24 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种快速确定规则槽二次电子产额的方法 |
| CN105203574A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-30 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种快速确定规则槽二次电子产额的方法 |
| CN108546929A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-18 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种在基片表面制备氮化钛纳米薄膜的方法、具有薄膜的基片及其应用 |
| CN108546929B (zh) * | 2018-03-30 | 2020-07-14 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种在基片表面制备氮化钛纳米薄膜的方法、具有薄膜的基片及其应用 |
| CN114186432A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-15 | 西安交通大学 | 具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法及系统 |
| CN114186432B (zh) * | 2021-12-17 | 2024-04-09 | 西安交通大学 | 具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102515085B (zh) | 2014-11-05 |
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