CN104407236B - 一种消除真空中材料表面电荷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消除真空中材料表面电荷的方法，具体地说是采用一种机械装置，把二次电子发射系数测量中的材料表面积累的电荷复合到0电位。首先，机械装置通过平移、旋转等运动，将带电的材料表面在真空中移动至导电橡胶位置，再通过导电橡胶运动机构，使导电橡胶和样品表面全部紧贴，从而将样品表面的电荷对地放电，最终使样品表面电位达到0电位。配合静电电位计等仪器，这种方法也可以用来测量材料表面电位和表面电荷。这种真空中表面电荷消除方法省去了传统的结构复杂、价格昂贵的电子枪和离子枪，提高了测量的准确性和方便性，大大降低了二次电子发射系数测量设备的价格。

Description

一种消除真空中材料表面电荷的方法

技术领域

本发明涉及一种在真空中材料的表面电荷消除方法，具体说是在材料的二次电子(或离子)发射系数测量过程中(不局限于该用途)，能够完全消除材料表面积累的正电荷和负电荷，使二次电子发射系数测量更加准确和便捷。

背景技术

在二次电子(或离子)发射系数测量中，将材料放置在真空中，利用电子枪(或离子枪)将电子(或离子)打到材料表面，测量从材料表面发射的二次电子流大小，从材料表面发射的二次电子流与电子枪(或离子枪)打击到材料表面的电子流(或离子流)之比就是二次电子(或离子)发射系数。

通常，在半导体、绝缘体二次电子(或离子)发射系数材料中，由于半导体、绝缘体导电不良，因此电子(或离子)打击到其表面后，其表面会带正电荷或负电荷。在电子打击下，材料的二次电子发射系数大于1时，材料表面带正电荷；二次电子发射系数小于1时，材料表面带负电荷，在离子打击下正好相反。在测量材料的二次电子发射系数时，要求材料表面电位为0电位，为了能够准确而顺利的测量，通常情况是另外再配备一把电子枪和一把离子枪，在测量过程中，当二次电子发射系数大于1，表面已经积累正电荷时，用另外配备的电子枪打击到材料表面，目的是用该电子枪发射的电子中和表面积累的正电荷；当二次电子发射系数小于1，表面已经积累负电荷时，用另外配备的离子枪打击到材料表面，目的是用该离子枪发射的离子中和表面积累的负电荷。童林夙等人在1984年11月“真空科学与技术学报”第4卷第6期上，发表了一篇“一个新的测量二次电子发射系数的实验方法”，介绍了一种采用三枪连续脉冲法测量材料的二次电子发射系数的方法，该方法用一把电子枪进行测量，另外两把电子枪通过升高和降低材料表面的电位，把材料表面电位稳定在一定的值上，达到复合表面电荷的作用。黄建国等人在中国专利201210219891.0中，介绍了一种在二次电子发射系数测量过程中，在样品背电极和地线之间设置有自动调压电路，使得样品表面电位相对于电子枪之间的电位差保持恒定，从而保证样品的充电电位得到实时补偿。施惠绅等人在中国专利200510113380(公开号CN1949462)中，将导电的光致抗蚀剂光刻在芯片表面，增加芯片的导电性，以减少在离子注入工艺中积累于芯片表面的正电荷。杜伯学、李杰等人在中国专利201210473963(公开号CN103146012A)中，利用卤素元素气体对聚酰亚胺进行表面改性处理，在材料表面形成一层C-卤素元素结构，有效阻止表面电荷积累，提高了聚酰亚胺材料表面电荷消散的速度。

上述几种二次电子发射系数测量过程中，存在如下问题：1)在测量过程中，无法判断表面电荷是否复合到0电位了，什么时候可以继续进行二次电子发射系数测量。2)表面电位永远不可能复合到0电位。3)需要配备二把枪，一把电子枪，一把离子枪，或者在样品背电极和地线间配备自动调压电路。4)结构复杂，价格昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种方法：不需要结构复杂、价格昂贵的电子枪和离子枪，只采用一种机械装置就能够把真空中材料表面积累的电荷复合到0电位，无论材料表面积累的是正电荷还是者负电荷。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，通过一运动机构将在材料表面形成表面电荷的样品移动至一导电橡胶的下方，然后，通过一与该导电橡胶绝缘连接的竖直运动机构，使导电橡胶充分与样品的表面接触(为了保证它们充分接触，导电橡胶上还使用了弹簧机构)，然后通过一连接导电橡胶的真空引线机构，用一个静电电位计对该样品表面的电位进行测量，最后，通过电阻和开关将该样品表面电荷对地放电和短路，从而使样品表面的电位达到零电位。

另一种消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，通过一运动机构将在材料表面形成电荷的样品移动至一导电橡胶的下方，然后，通过一与该导电橡胶电连接的竖直运动机构，使导电橡胶充分与样品的表面接触，同时使真空腔体壁良好接地，样品表面的电荷直接对真空腔体壁放电，从而使样品表面的电位复合到0电位。

上述方案中，所述的运动机构包括带真空密封的传递杆，其一端于置真空腔体外，另一端置于真空腔体内水平离开导电橡胶一段距离，样品固定在该端上侧，通过在真空腔体外驱动该传递杆水平移动，使真空腔体内的样品运动到导电橡胶下方位置。

所述的运动机构包括带真空密封的传递杆，其一端置于真空腔体外，另一端置于真空腔体内与导电橡胶运动机构处于同一垂线位置，样品固定在该端下侧，或者前、后侧，通过在真空腔体外驱动该传递杆原位旋转，使真空腔体内的样品转至与导电橡胶相向位置。

本发明相比现有技术，具有以下优点：

1、在测量过程中，无论材料表面积累的是正电荷还是负电荷，都可以将电荷全部复合掉，使材料表面电位真正达到0电位，提高了测量的准确性。

2、省掉了原来结构复杂、价格昂贵的电子枪和离子枪，大大降低了二次电子发射系数测量设备的价格。

3、操作方便、快捷、可靠。

附图说明

图1为本发明方法的一个实施例示意图。图中：1、手柄，2、磁流体传动装置，3、真空密封圈，4、真空腔体壁(或法兰)，5、丝杠，6、联轴节，7、连接体，8、弹簧，9、固定板，10、导电橡胶，11、样品，12、传递杆，13、导线，14、导向套，15、真空密封圈，16、真空电接头，17、静电电位计，R、电阻，K、接地开关。为了叙述方便，将1、2、5～10、14称为导电橡胶运动机构18；将11、12称为待测样品运动机构19；将13、15～17称为真空引线机构20。

图2为本发明方法的另一个实施例示意图。该图是在图1基础上将连接体7换成导电材料，去掉真空引线机构20。

图3为本发明方法的第三个实施例示意图。该图是在图1基础上，待测样品和导电橡胶处于同一位置，转动样品就可以实现样品测量位置和样品表面电荷复合位置的转换。

图4为本发明方法的第四个实施例示意图。该图是在图3基础上，将连接体7换成导电材料，去掉真空引线机构20。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种消除真空中材料表面电荷的方法，在大气侧与真空侧之间的真空腔体壁(或法兰)4上设置一个带真空密封作用的导电橡胶运动机构18和一个真空引线机构20，真空侧的导电橡胶运动机构18中的导电橡胶10下方设置待测样品运动机构19，真空引线机构20通过导线14与导电橡胶连接。其中导电橡胶运动机构18的作用是当样品11运动到导电橡胶10位置下方时，该机构能够驱动导电橡胶运动，使导电橡胶表面完全接触到样品表面；待测样品运动机构19的作用是将样品运动到导电橡胶下方位置(图中虚线位置)，样品表面电荷复合完成后，样品又运动到二次电子发射系数测量位置(图中原始实线位置，也即电子打击样品的位置)；真空引线机构20的作用是将导电橡胶的电位引出到真空腔体壁外大气侧，以便将样品表面电位通过电阻R和开关K接地，或对样品的表面电位进行测量等处理。

导电橡胶运动机构18由手柄1、磁流体传动装置2、丝杠5、导向套14、联轴节6、连接体7、弹簧8、固定板9、导电橡胶10等组成。真空密封的磁流体传动装置能够将真空动密封转变为真空静态密封，通过转动手柄、丝杠、导向套的作用，能够将真空腔体壁外的转动转变为真空腔体壁内联轴节6、连接体7、弹簧8、固定板9和导电橡胶10的上下直线运动，使运动机构顶端导电橡胶10上下平行地压在样品11表面，把表面电荷导走。导电橡胶不仅导电良好，而且在受压时能够变形，以使导电橡胶的表面完全接触到材料表面，把材料表面的电荷全部导走，同时，为了确保导电橡胶能够完全接触到材料表面，还在固定板的边缘用4个弹簧和连接体连接起来。

连接体7的作用是将导电橡胶的电位与真空腔体壁绝缘，以便对表面电荷进行测量、处理或通过电阻R、开关K对地放电。弹簧和固定板的作用都是为了使样品表面能够更完全接触到导电的物体(图2)，把样品表面的电荷完全导走，因为样品一般是绝缘体或半导体，在样品加工时，样品表面做不到绝对平整。真空密封圈3、15的作用是将大气侧和真空侧的部件起到真空密封的作用。

待测样品运动机构19由样品11、传递杆12等组成。传递杆可用带真空密封的磁力传递杆，也可用带真空密封的焊接波纹管等实现，其目的是通过在真空腔体外的运动，使真空腔体内的样品运动到复合位置(导电橡胶位置的下方)。

真空引线机构20由导线13、真空电接头16、放电电阻R、开关K、静电电位计17等组成。真空电接头能够在保证真空密封的前提下将导电橡胶的电信号引到真空腔体壁外，放电电阻R、开关K可以实现将导电橡胶10的电位对地进行放电，放电电阻R的值可以为0；也可以用静电电位计测量表面电位或表面电荷后，再通过放电电阻R、开关K将导电橡胶的电位对地进行放电。

在材料二次电子发射系数测量过程中的具体操作过程如下：当电子或离子打到待测材料的样品11的表面后，在材料表面就会形成表面电荷。通过样品运动机构19将样品移动到导电橡胶10的下方，然后，通过导电橡胶运动机构18，使导电橡胶10充分接触到样品11的表面，最后，通过真空引线机构20，对样品材料表面的电位进行测量，通过电阻R和开关K将表面电荷对地放电和短路，从而使样品表面的电位达到0电位。表面电位复合到0电位后，通过样品运动机构19再将样品移动到电子枪下方的位置，进行二次电子发射系数的测量，如此循环，就能够对材料的二次电子发射进行准确的测量。

实施例2

如图2所示，本实施例与图1不同的是：去掉了真空引线机构20，将连接体7换成导电材料，真空腔体壁良好接地，导电橡胶运动机构全部采用导电性能良好的材料制成。当样品运动到导电橡胶位置时，转动手柄使导电橡胶接触到样品表面，样品表面的电荷直接对真空腔体壁放电，从而使样品表面的电位复合到0电位。

实施例3

如图3所示，本实施例与图1不同的是：样品11位置与导电橡胶运动机构处于同一垂线位置，样品只要通过传递杆旋转一定的角度，就可使样品表面和导电橡胶表面相对，通过转动手柄旋转，就可以使导电橡胶接触到样品表面，从而使样品表面积累的电荷复合到0电位。一般来说样品表面与导电橡胶的侧向夹角可以为45度至315度之间(图中为180度)。

实施例4

如图4所示，本实施例与图3不同的是：去掉了真空引线机构20，将连接体7换成导电材料，真空腔体壁良好接地，导电橡胶运动机构全部采用导电性能良好的材料制成(同实施例2)。当样品运动到导电橡胶位置时，转动手柄使导电橡胶接触到样品表面，样品表面的电荷直接对真空腔体放电，从而使样品表面的电位复合到0电位。

Claims (6)

1.一种消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，通过一运动机构将在材料表面形成表面电荷的样品移动至一导电橡胶的下方，然后，通过一与该导电橡胶绝缘连接的竖直运动机构，使导电橡胶充分与样品的表面接触，所述的竖直运动机构包括用于将导电橡胶的电位与真空腔体壁(4)绝缘，以便对表面电荷进行测量、处理或通过电阻、开关对地放电的连接体(7)；然后通过一连接导电橡胶的真空引线机构，用一个静电电位计对该样品表面的电位进行测量，最后，通过电阻和开关将该样品表面电荷对地放电和短路，从而使样品表面的电位达到零电位。

2.如权利要求1所述的消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，所述的运动机构包括带真空密封的传递杆，其一端于置真空腔体外，另一端置于真空腔体内水平离开导电橡胶一段距离，样品固定在该端上侧，通过在真空腔体外驱动该传递杆水平移动，使真空腔体内的样品运动到导电橡胶下方位置。

3.如权利要求1所述的消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，所述的运动机构包括带真空密封的传递杆，其一端置于真空腔体外，另一端置于真空腔体内与导电橡胶运动机构处于同一垂线位置，样品固定在该端下侧，或者前、后侧，通过在真空腔体外驱动该传递杆原位旋转，使真空腔体内的样品转至与导电橡胶相向位置。

4.一种消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，通过一运动机构将在材料表面形成电荷的样品移动至一导电橡胶的下方，然后，通过一与该导电橡胶电连接的竖直运动机构，使导电橡胶充分与样品的表面接触，所述的竖直运动机构包括用于将导电橡胶的电位与真空腔体壁(4)绝缘，以便对表面电荷进行测量、处理或通过电阻、开关对地放电的连接体(7)；同时使真空腔体壁良好接地，样品表面的电荷直接对真空腔体壁放电，从而使样品表面的电位复合到0电位。

5.如权利要求4所述的消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，所述的运动机构包括带真空密封的传递杆，其一端于置真空腔体外，另一端置于真空腔体内水平离开导电橡胶一段距离，样品固定在该端上侧，通过在真空腔体外驱动该传递杆水平移动，使真空腔体内的样品运动到导电橡胶下方位置。

6.如权利要求4所述的消除真空中材料表面电荷的方法，其特征在于，所述的运动机构包括带真空密封的传递杆，其一端置于真空腔体外，另一端置于真空腔体内与导电橡胶运动机构处于同一垂线位置，样品固定在该端下侧，或者前、后侧，通过在真空腔体外驱动该传递杆原位旋转，使真空腔体内的样品转至与导电橡胶相向位置。