CN102967615B - 二次电子发射角分布的测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于真空计量技术领域，具体涉及一种二次电子发射角分布的测试系统。一种二次电子发射角分布的测试系统，其特征是，它包括：电子枪（1）、法拉第筒（2）、升降装置（3）、二次电子收集环、绝缘环（8）、样品架（9）、静电计以及真空系统（11）；电子枪（1）、法拉第筒（2）、升降装置（3）、二次电子收集环、绝缘环（8）与样品架（9）安装在真空系统（11）内部；静电计安装在真空系统（11）外部；本发明具有物理结构简单，制作成本较低、便于实现和较强的抗干扰性等优点，适用于材料二次电子特性系数测试过程中二次电子角分布的测试。

Description

二次电子发射角分布的测试系统
技术领域
本发明属于真空计量技术领域，具体涉及一种二次电子发射角分布的测试系统。
背景技术
材料的二次电子发射特性在工业生产和科学研究中起着重要作用。在航天器表面充放电过程中，表面材料二次电子发射特性决定了其充电速率和平衡电位，是影响航天器表面充放电效应的重要参数；同时材料二次电子发射特性对于高压电子管的局部带电效应，超高频管二次电子共振效应和微波部件微放电效应等研究具有重要意义。
材料二次电子角分布是二次电子发射特性的重要特征参数，通过分析材料二次电子发射角分布分布特性，可以有效研究材料二次电子发射的物理机制，为航天器充放电效应等研究工作的开展奠定基础。文献“Shaoru Garner，Spatial Distribution of Electron StimulatedElectron Desorption from a Metal Surface，”提出采用位置灵敏探测器(MCP)测试材料的二次电子发射角分布，位置灵敏探测器的基本原理是在半导体探测器的背面做上一层高阻层，并在该层的两端加上高电压，同时一端接地，另一端接电荷灵敏放大器，从该端输出信号的幅度反应出探测粒子的位置信息。
这种方法的不足之处在于位置灵敏探测器加工工艺不易实现，物理结构和电子学系统复杂，制作成本较高，同时信号处理需要使用前置放大器和主放大器等多级放大器，容易引入较大噪声，从而对测试数据的准确性产生较大影响。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足之处，提供一种二次电子发射角分布的测试系统及方法，适用于材料二次电子特性系数测试过程中二次电子角分布的测试。
本发明的技术方案是：一种二次电子发射角分布的测试系统，其特征是，它包括：电子枪、法拉第筒、升降装置、二次电子收集环、绝缘环、样品架、静电计以及真空系统；
所述电子枪、法拉第筒、升降装置、二次电子收集环、绝缘环与样品架安装在所述真空系统内部；所述静电计安装在所述真空系统外部；
所述电子枪用于产生入射电子束；
所述法拉第筒安装在所述升降装置上；
所述样品架用于放置测试样品，使得所述电子枪所产生的入射电子束水平直射所述测试样品；
所述二次电子收集环的数量为两个或两个以上，所述二次电子收集环的形状为圆环，其放置在所述电子枪与所述样品架之间，并以所述电子枪所产生的入射电子束为轴心；所述二次电子收集环的材料采用铜；
所述绝缘环套接在相邻的所述二次电子收集环之间；
所述静电计的数量为三个或三个以上，分别与所述法拉第筒以及不同的所述二次电子收集环连接；
一种二次电子发射角分布的测试系统的工作过程为：
A.将测试样品放置于所述样品架上；
B.将所述真空系统抽真空，将真空度保持在8×10-4Pa；
C.利用所述升降装置将所述法拉第筒的位置调整到所述电子枪所产生的入射电子束的水平位置；
D.设定入射电子能量值并开启所述电子枪，利用所述法拉第筒测试入射电子束的强度，并利用与所述法拉第筒连接的静电计，读取入射电子束的电流强度；
E.重复步骤D，改变设定的入射电子能量值，使得静电计读取入射电子束的电流强度符合测试要求；
F.利用所述升降装置将所述法拉第筒的位置升起，使得所述电子枪所产生的入射电子束穿过所述二次电子收集环辐射到测试样品上；
G.利用与所述二次电子收集环连接的静电计读取在不同测试角度下，二次电子入射电子束的电流强度。
有益效果：1)本发明中利用不同测试角度的二次电子收集环相组合，获得二次电子发射的角分布的测试方法，具有物理结构简单，制作成本较低、便于实现等优点。
2)本发明中电子学系统仅包括连接电缆和静电计，具有较强的抗干扰性。
3)二次电子收集环的材料采用铜，具有较好的导电性能和较低的二次电子发射系数，提高测试效率。
附图说明
图1为本发明测试系统连接示意图；
图2为本发明中不同测试角度二次电子收集极组合结构图示意图。
其中，1-电子枪、2-法拉第筒、3升降装置、4二次电子收集环、8-绝缘环、9-样品架、11-真空系统。
具体实施方式
参见附图1，一种二次电子发射角分布的测试系统，它包括：电子枪1、法拉第筒2、升降装置3、二次电子收集环、绝缘环8、样品架9、静电计以及真空系统11；
所述电子枪1、法拉第筒2、升降装置3、二次电子收集环、绝缘环8与样品架9安装在所述真空系统11内部；所述静电计安装在所述真空系统11外部；
所述电子枪1用于产生入射电子束；
所述法拉第筒2安装在所述升降装置3上；
所述样品架9用于放置测试样品，使得所述电子枪1所产生的入射电子束水平直射所述测试样品；
所述二次电子收集环的数量为4个，所述二次电子收集环的形状为圆环，其放置在所述电子枪1与所述样品架9之间，并以所述电子枪1所产生二次电子入射电子束为轴心；所述二次电子收集环的材料采用铜；所述二次电子收集环其距离所述样品架9的水平距离为30mm，4个直径不同的所述二次电子收集环分别为：二次电子收集环A、二次电子收集环B、二次电子收集环C、二次电子收集环D，它们以所述电子枪1所产生二次电子入射电子束为轴心依次套接在一起，之间利用3个所述绝缘环8隔开；所述二次电子收集环A套接在最内侧，其内径到二次电子入射电子束的垂直距离为5mm；所述二次电子收集环D套接在最外侧，其外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度4，所述测试角度4的范围是40°-50°，所述二次电子收集环D的外径大小为50mm，所述二次电子收集环C外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度3，所述测试角度3的范围是30°-40°，所述二次电子收集环B外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度2，所述测试角度3的范围是20°-30°，所述二次电子收集环A外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度1，所述测试角度1的范围是9.5°-20°；
所述绝缘环8套接在相邻的所述二次电子收集环之间；
所述静电计的数量为4个，分别与所述法拉第筒2以及不同的所述二次电子收集环连接；
所述绝缘环8与所述二次电子收集环的厚度均为2mm。
一种二次电子发射角分布的测试系统的工作过程为：
A.将测试样品放置于所述样品架9上；
B.将所述真空系统11抽真空，将真空度保持在8×10-4Pa；
C.利用所述升降装置3将所述法拉第筒2的位置调整到所述电子枪1所产生的入射电子束的水平位置；
D.设定入射电子能量值并开启所述电子枪1，利用所述法拉第筒2测试入射电子束的强度，并利用与所述法拉第筒2连接的静电计，读取入射电子束的电流强度；
E.重复步骤D，改变设定的入射电子能量值，使得静电计入射电子束的电流强度符合测试要求；
F.利用所述升降装置3将所述法拉第筒2的位置升起，使得所述电子枪1所产生入射电子束穿过所述二次电子收集环辐射到测试样品上；
G.利用与所述二次电子收集环连接的静电计读取在不同测试角度下，二次电子入射电子束的电流强度。

Claims (3)

1.一种二次电子发射角分布的测试系统，其特征是，它包括：电子枪(1)、法拉第筒(2)、升降装置(3)、二次电子收集环、绝缘环(8)、样品架(9)、静电计以及真空系统(11)；
所述电子枪(1)、法拉第筒(2)、升降装置(3)、二次电子收集环、绝缘环(8)与样品架(9)安装在所述真空系统(11)内部；所述静电计安装在所述真空系统(11)外部；
所述电子枪(1)用于产生入射电子束；
所述法拉第筒(2)安装在所述升降装置(3)上；
所述样品架(9)用于放置测试样品，使得所述电子枪(1)所产生入射电子束水平直射所述测试样品；
所述二次电子收集环的数量为两个或两个以上，所述二次电子收集环的形状为圆环，其放置在所述电子枪(1)与所述样品架(9)之间，并以所述电子枪(1)所产生入射电子束为轴心；所述二次电子收集环的材料采用铜；
所述绝缘环(8)套接在相邻的所述二次电子收集环之间；
所述静电计的数量为三个或三个以上，分别与所述法拉第筒(2)以及不同的所述二次电子收集环连接；
一种二次电子发射角分布的测试系统的工作过程为：
A.将测试样品放置于所述样品架(9)上；
B.将所述真空系统(11)抽真空，将真空度保持在8×10-4Pa；
C.利用所述升降装置(3)将所述法拉第筒(2)的位置调整到所述电子枪(1)所产生入射电子束的水平位置；
D.设定入射电子能量值并开启所述电子枪(1)，利用所述法拉第筒(2)测试入射电子束的强度，并利用与所述法拉第筒(2)连接的静电计，读取入射电子束的电流强度；
E.重复步骤D，改变设定的入射电子能量值，使得静电计读取入射电子束的电流强度符合测试要求；
F.利用所述升降装置(3)将所述法拉第筒(2)的位置升起，使得所述电子枪(1)所产生的入射电子束穿过所述二次电子收集环辐射到测试样品上；
G.利用与所述二次电子收集环连接的静电计读取在不同测试角度下，二次电子入射电子束的电流强度。
2.如权利要求1所述的一种二次电子发射角分布的测试系统，其特征是，所述二次电子收集环的数量共有4个，其距离所述样品架(9)的水平距离为30mm，4个直径不同的所述二次电子收集环分别为：二次电子收集环A、二次电子收集环B、二次电子收集环C、二次电子收集环D，它们以所述电子枪(1)所产生二次电子入射电子束为轴心依次套接在一起，之间利用3个所述绝缘环(8)隔开；所述二次电子收集环A套接在最内侧，其内径到二次电子入射电子束的垂直距离为5mm；所述二次电子收集环D套接在最外侧，其外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度4，所述测试角度4的范围是40°-50°，所述二次电子收集环D的外径大小为50mm，所述二次电子收集环C外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度3，所述测试角度3的范围是30°-40°，所述二次电子收集环B外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度2，所述测试角度3的范围是20°-30°，所述二次电子收集环A外径到所述测试样品中心的夹角角度为测试角度1，所述测试角度1的范围是9.5°-20°。
3.如权利要求1或2所述的一种二次电子发射角分布的测试系统，其特征是，所述绝缘环(8)与所述二次电子收集环的厚度均为2mm。
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