CN113533404B - 一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用 - Google Patents

一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113533404B
CN113533404B CN202110789989.9A CN202110789989A CN113533404B CN 113533404 B CN113533404 B CN 113533404B CN 202110789989 A CN202110789989 A CN 202110789989A CN 113533404 B CN113533404 B CN 113533404B
Authority
CN
China
Prior art keywords
secondary electron
sample
electron
yield
collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110789989.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113533404A (zh
Inventor
何佳龙
杨洁
张晓宁
刘平
陈欣
赵伟
李�杰
董攀
王韬
刘飞翔
石金水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Fluid Physics of CAEP
Original Assignee
Institute of Fluid Physics of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Fluid Physics of CAEP filed Critical Institute of Fluid Physics of CAEP
Priority to CN202110789989.9A priority Critical patent/CN113533404B/zh
Publication of CN113533404A publication Critical patent/CN113533404A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113533404B publication Critical patent/CN113533404B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用,测试方法包括以下步骤:S1、采用脉冲电子束轰击样品表面考察样品表面正电荷积聚对二次电子发射过程的影响并确定电荷中和操作的次数;S2、基于电荷中和操作的次数测定样品的二次电子产额。本发明的测试方法是基于双层栅网球形二次电子收集器;本发明的二次电子产额测试方法,可以有效对绝缘介质材料表面二次电子发射后积聚的正电荷进行补偿,防止积聚电荷影响二次电子发射带来测试误差;电荷补偿的效果不受材料二次电子产额大小以及样品厚度等因素影响,测试方法的准确性没有适用范围的限制;可以同时测得绝缘介质材料样品的真二次电子产额、背散射电子产额和总二次电子产额。

Description

一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用
技术领域
本发明涉及材料表面二次电子发射特性测试技术领域,具体涉及一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用。
背景技术
具有一定能量的入射电子轰击固体材料时,材料表面会发射出二次电子,材料表面发射出的二次电子与入射电子的数目比称为二次电子产额,它是随入射电子能量变化的曲线。绝缘介质材料表面的二次电子产额是真空电气绝缘、航天器表面充放电、高功率微波介质窗、光电倍增器件等众多研究领域普遍关心的一种重要的材料表面特性,这些领域需要对所用绝缘介质材料的二次电子产额进行准确的测定,以便对由绝缘介质材料表面二次电子发射与倍增引起的击穿放电等问题进行分析评估。与金属材料不同,绝缘介质材料由于不导电,二次电子发射后表面积聚起来的电荷无法快速泄放,这些表面积聚电荷的存在会改变绝缘介质材料内部的电场分布状态,进而影响后续的二次电子发射过程。因而,测定绝缘介质材料的二次电子产额时,需要配合电荷补偿系统或电荷补偿方法,对测试过程中样品表面的积聚电荷,尤其是正电荷进行有效的中和,才能准确测得样品的二次电子产额。
由于绝缘介质材料在二次电子发射过程中即伴随着表面电荷的积聚过程,因此,测定绝缘介质材料的二次电子产额时,需采用脉冲电子束轰击样品,并用二次电子收集极接收样品发射出的二次电子获得二次电子信号。针对表面电荷积聚问题,既往的解决方法是配置低能洪水电子枪,发射能量为几到十几eV的低能电子束,对样品表面的正电荷进行中和处理,即所谓的双枪测试法。或是采用收集极上加负偏压,将样品本身发射出的低能二次电子阻挡返回样品表面的方式,来对样品表面积聚的正电荷进行中和。
实验发现上述方法仅对某些二次电子产额不太大,厚度为数十至数百纳米的薄膜样品适用,对于二次电子产额较大或厚度在微米至毫米范围的样品,采用上述类型低能电子中和的方法,并不能有效地消除积聚电荷对绝缘介质样品表面二次电子发射过程的影响。这是因为入射电子进入绝缘介质材料表面后,会在其整个射程范围内不断与晶格原子碰撞损失动能,并使晶格原子电离产生真二次电子;由于材料表面二次电子逃逸深度范围内逸出的真二次电子数量大于停留在此的注入电子数量,将积聚起正电荷;在超过二次电子逃逸深度一定距离至射程附近的区域内,大部分注入的入射电子将陆续损失完动能沉积下来,积聚起负电荷。因此二次电子发射过程结束后,积聚电荷的实际分布状态是,表层为真二次电子发射后留下的正电荷,内层为入射电子注入后沉积的负电荷。
所以,在二次电子产额测试过程中,随着入射电子的注入以及部分真二次电子的逸出,积聚起的正电荷并非全部分布在绝缘介质的最表面,而是分布在从表面到超过二次电子逃逸深度的一个空间范围内。由洪水电子枪发射或收集极负偏压阻挡返回的低能电子能量比较低,仅能将浅表几个纳米深度范围内的正电荷中和掉。这些低能电子一进入样品表面,很快就会与晶格原子碰撞损失完全部的动能,无法射入样品表面去中和更深处的正电荷,因而并不能有效地中和掉样品内部积聚的全部正电荷;未被中和的内部正电荷仍然会影响样品内部真二次电子向表面的扩散与逸出,使得收集极能够接收到的二次电子信号变小,导致测得的二次电子产额偏小。有效的表面积聚电荷补偿方法仍是准确测定绝缘介质材料二次电子产额需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法,解决现有测试方法无法有效中和样品表面积聚的正电荷,导致不能准确测定绝缘介质材料二次电子产额的问题。
此外,本发明还提供上述测试方法的应用。
本发明通过下述技术方案实现:
一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法,包括以下步骤:
S1、采用脉冲电子束轰击样品表面考察样品表面正电荷积聚对二次电子发射过程的影响并确定电荷中和操作的次数;
S2、测定样品的二次电子产额:
S21、基于双层栅网球形二次电子收集器,设定条件为样品台不加偏压,收集极加正偏压,两层栅网均接地,发射1次脉冲电子束轰击样品,采集收集极接收到的二次电子信号波形,获取二次电子信号的最大值Ic
S22、保持其他设置不变,将样品台加上正偏压,进行正电荷中和操作,操作次数为步骤S1获得的次数,并采集最后一次正电荷中和操作样品台接收到的靶电流信号It0和收集极接收到的二次电子信号Ic0;由于此时样品处于负电荷充电平衡状态,根据电荷守恒定律可知,I0=It0+Ic0/θ;
S23、基于步骤S22获得的二次电子信号Ic0、靶电流信号It0和双层栅网的电子透过率θ计算背散射电子产额η;基于步骤S21获得的1次脉冲轰击后样品的二次电子信号最大值Ic、入射电子流强I0和双层栅网的电子透过率θ计算总二次电子产额δ,其中,I0=It0+Ic0/θ;
S24、基于总二次电子产额为δ为真二次电子产额为σ与背散射电子产额为η之和计算真二次电子产额为σ;
步骤S2中收集极所加正偏压和样品台所加正偏压与步骤S1中确定电荷中和操作次数过程中采用的收集极所加正偏压和样品台所加正偏压一致。
本发明是基于双层栅网球形二次电子收集器的绝缘介质材料二次电子产额测试方法,包括信号测试回路的原理、表面电荷的中和方法与二次电子产额的测试流程。
本发明通过设置的步骤S1确定电荷中和操作的次数,后续测试过程中每次只要对样品进行确定次数的电荷中和操作,就可以确保样品表面达到负电荷充电平衡状态,实现有效中和样品表面积聚的正电荷,提高绝缘介质材料二次电子产额测试的准确度。
综上,本发明在测定样品二次电子产额的过程中,不仅对样品表面积聚的正电荷进行有效的补偿,并同时测得绝缘介质材料表面的真二次电子产额、背散射电子产额和总二次电子产额。
进一步地,测定样品的二次电子产额还包括以下步骤:
按照入射电子能量由低到高,按照一定的步长,设定入射电子的能量,重复S21~S24,测定不同入射电子能量下的δ、σ、η值,获得所测绝缘介质材料样品的二次电子产额随入射电子能量变化的曲线。
进一步地,步骤S23中,当样品台加+50V偏压时,入射电子激发的能量低于50eV的真二次电子都无法逸出样品表面,此时仅能量高于50eV的背散射电子可以穿越栅网,在被栅网阻挡掉一部分后被二次电子收集极接收到;因此,背散射电子产额η的计算公式如下:
Figure BDA0003160504130000031
式中,Ic0为二次电子信号,I0为入射电子流强,θ为双层栅网的电子透过率,It0为靶电流信号。
进一步地,步骤S23中,当样品台上不加偏压时,样品发射出的全部二次电子,除了部分被栅网阻挡外,都可被二次电子收集极接收到,因此,总二次电子产额δ的计算公式如下:
Figure BDA0003160504130000032
式中,Ic0为二次电子信号,I0为入射电子流强,θ为双层栅网的电子透过率,It0为靶电流信号,Ic为1次脉冲电子束轰击样品时二次电子信号的最大值。
真二次电子产额的表达式为:
Figure BDA0003160504130000033
进一步地,步骤S1包括以下步骤:
S11、基于双层栅网球形二次电子收集器,设定条件为样品台不加偏压,收集极加正偏压,两层栅网均接地,入射电子的能量固定设置为E0,电子枪发射脉冲电子束轰击样品,分别采集第1次至第5次,以及第20次脉冲电子束轰击样品时,收集极接收到的二次电子信号波形,和靶电流波形,观察二次电子信号波形的变化,并记录下二次电子信号最大值Ic-max的变化,如果波形及信号幅度变化很大,则表明该样品的表面电荷积聚现象很强烈,对于大多数材料入射电子连续轰击20次时,样品表面已近似达到正电荷充电平衡状态;
S12、将样品台加上正偏压,保持入射电子的参数不变,连续发射5次脉冲电子束轰击样品表面,此时在正偏压的阻挡下,样品内部激发出的真二次电子在向样品表面运动的过程中,将会受到该偏压的减速而在表面附近停留下来无法逸出表面,停留下来的真二次电子将与附近的正电荷发生中和,起到电荷中和的作用;
S13、样品台不加偏压,保持入射电子的参数不变,发射1次脉冲电子束轰击样品表面,采集收集极接收到的二次电子信号波形和靶电流信号,记录下二次电子信号最大值Ic-5,然后再发射19次脉冲电子束轰击样品,使得样品表面回到正电荷充电平衡状态;
S14、重复步骤S12-S13,并在步骤S12中,连续发射脉冲电子束的次数Cn为Cn=5×2n次,n为大于等于0的整数,在步骤S13中记录下二次电子信号最大值Icn,直到发现Icn和Ic(n+1)几乎没有差别时,表明在该正偏压下,脉冲电子束连续轰击样品5×2n次后,样品表面的正电荷已被完全中和掉,并已处于负电荷充电平衡状态,样品表面的空间电荷全为负电荷时,对二次电子发射过程的影响微乎其微,后续测试过程中每次只要对样品进行Cn次的电荷中和操作,就可以确保样品表面达到负电荷充电平衡状态。
进一步地,步骤S21中,收集极所加正偏压为+100V偏压,S22中,样品台所加正偏压为+50V偏压。
一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法的应用,用于绝缘介质材料表面二次电子产额测试。
进一步地,用于厚度在微米至毫米范围的绝缘介质材料表面二次电子产额测试。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明可以有效对绝缘介质材料表面二次电子发射后积聚的正电荷进行补偿,防止积聚电荷影响二次电子发射带来测试误差。
2、本发明的电荷补偿的效果不受材料二次电子产额大小以及样品厚度等因素影响,测试方法的准确性没有适用范围的限制。
3、本发明可以同时测得绝缘介质材料样品的真二次电子产额、背散射电子产额和总二次电子产额。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为双层栅网球形二次电子收集器工作时与电子枪和样品台的位置关系图;
图2采用双层栅网球形二次电子收集器测定绝缘介质材料样品的信号测试回路示意图;其中:1为接地屏蔽电极;2为二次电子收集极;3为偏压栅网;4为接地栅网;
图3为当样品表面存在较强的电荷积聚现象时采集到的靶信号和收集极信号图;
图4为当样品受到多次脉冲电子轰击达到正充电平衡状态时表面电荷的分布示意图;
图5为样品表面受到多次脉冲电子轰击时收集极二次电子信号的变化图;
图6为样品表面受到多次脉冲电子轰击时靶信号的变化图;
图7为采用低能电子对样品表面正电荷进行中和后表面电荷的分布示意图;
图8为样品台加﹢50V偏压进行电荷中和表面达到负电荷充电平衡状态的示意图;
图9为电荷中和后收集极二次电子信号随电荷中和操作次数的变化图;
图10为电荷中和后靶信号随电荷中和操作次数的变化图;
图11为样品台加﹢50V偏压样品表面达到负充电平衡状态时的收集极和靶信号的波形图;
图12为采用本发明测试方法测得的氧化铝陶瓷样品二次电子产额曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1:
本实施例以氧化铝陶瓷样品作为测试对象进行说明。
本实施例测试采用双层栅网球形二次电子收集器,采用双层栅网球形二次电子收集器测定绝缘介质材料样品二次电子产额时,收集器、电子枪和样品台的位置关系如图1所示,双层栅网球形二次电子收集器为专利(CN中201810966450.4)公开的现有装置,双层栅网球形二次电子收集器由两层栅网加两层电极组成,其顶部开有电子枪导管插入孔,底部开有样品台插入孔;电子枪前端的插入导管通过陶瓷套管插入双层栅网球形二次电子收集器内部,导管出口与内层栅网平齐,以便电子枪发射出的电子可以直接打到样品表面,而不会在穿越电极和栅网的过程中产生电子损失;样品台从底部插入双栅网球形二次电子收集器内部,使得被测样品位于双栅网球形二次电子收集器的中心。
采用双层栅网球形二次电子收集器测定绝缘介质材料样品二次电子产额时,信号测试回路如图2所示,收集器中的两层栅网均接地,起到隔绝靶和二次电子收集极,防止收集极偏压和靶偏压相互影响。在二次电子信号测试回路中,固定接入+100V偏压,对二次电子收集极表面在二次电子碰撞下发射出的三次电子进行抑制,如果不加该偏压,三次电子从二次电子收集极表面逸出将造成测得的二次电子信号幅度偏小。在靶信号测试回路中,由开关选择在回路中接入+50V和不接入偏压。
双层栅网球形二次电子收集器、电子枪、样品台整体位于超高真空腔内,测试信号通过同轴线从真空腔体中引出,在腔体外经过偏压、I/V放大器、A/D转换后由采集卡采集;进行测试前,先将待测的氧化铝陶瓷样品装到样品台上,收集器、电子枪和样品台处于测试状态,使超高真空腔内的真空度优于2×10-7Pa;脉冲电子枪经过充分时间的预热,待发射状态稳定后,开始进行测试;测试时,由延时脉冲发生器DG645输出两路触发信号,1路触发脉冲电子枪发射脉宽为10μs的脉冲电子束,1路触发数据采集卡采集两路脉冲信号。
采用脉冲电子枪发射脉冲电子束轰击介质材料样品使样品表面发射二次电子;采用双层栅网球形二次电子收集器收集介质材料样品表面发射出的二次电子,通过信号放大、模数转换、采集二次电子信号波形,并测定二次电子信号流强;通过在样品台上加正50V偏压,仍由入射电子枪发射相同参数的电子束对样品进行电子注入,依靠正偏压使得样品内部激发的真二次电子停留在表面,补偿样品表面积聚的正电荷,并通过收集极信号和靶信号的放大、模数转换、采集信号波形,测定入射电子信号流强。
假设一定能量的入射电子束打到被测绝缘介质样品的表面,入射电子流强为I0,材料的总二次电子产额为δ,真二次电子产额为σ,背散射电子产额为η,双层栅网的电子透过率为θ,则δ=σ+η。
具体测试方法如下:
步骤一、考察样品表面正电荷积聚对二次电子发射过程的影响并确定电荷中和操作的次数:
(1)样品台不加偏压,二次电子收集极加+100V偏压,两层栅网均接地,入射电子的能量固定设置为2000eV,DG645触发电子枪发射脉冲电子束轰击样品,并采集靶信号和二次电子信号。
由于氧化铝陶瓷的二次电子产额较大,样品表面受到入射电子轰击发射出二次电子的同时,样品表面积聚起来的正电荷就会使得部分真二次电子被正电荷吸收中和,而未能发射出来;二次电子产额越大,积聚起的正电荷就会越多,导致发射出的二次电子数量下降越多,收集极收集到的二次电子信号幅度也就随之下降得越厉害,靶电流信号的幅度也会因此而降低,由此将会采集到图3所示的测试信号波形。收集极二次电子信号波形的最大值Ic-max为样品表面还没有积聚正电荷,所有真二次电子全都能够发射出来时所能得到的最大二次电子信号。脉冲电子束轰击样品表面后,样品表面的电荷分布状态将如图4所示,表层为真二次电子逸出后留下的正电荷,内层为入射电子注入后积聚的负电荷。
连续触发电子枪发射20次脉冲电子束轰击样品表面,分别采集得到第1次至第5次,以及第20次时的二次电子信号波形和靶电流波形,得到二次电子信号波形的变化如图5所示,靶电流波形的变化如图6所示。信号幅度的不断降低表明,随着表面电荷的不断积聚,样品表面能够发射出来的二次电子数量越来越少;当入射电子连续轰击20次时,样品表面已近似达到正电荷充电平衡状态,此时仅有背散射电子和极少的真二次电子能够从样品表面发射出来。
(2)如果采用洪水电子枪或收集极偏压阻挡返回的低能电子对样品表面积聚的正电荷进行中和,则会出现图7所示的情况,低能电子无法进入样品表面深层,仅能将最浅表的正电荷中和掉,内层的正电荷无法获得有效中和。入射电子再次轰击样品表面时,内部发射的真二次电子将被残余的正电荷吸收中和掉一部分,使得能够发射出来的真二次电子数量变少,导致测得的二次电子产额偏小。解决积聚电荷的办法是,保持入射电子的参数不变,通过在样品台加上+50V偏压,样品内部激发出的真二次电子在向样品表面运动的过程中,将会受到该偏压的减速而在表面附近停留下来无法逸出表面,停留下来的真二次电子将与附近的正电荷发生中和,起到电荷中和的作用。
保持入射电子的参数不变,连续发射5次脉冲电子束轰击样品表面,此时在+50V偏压的阻挡下,样品内部激发出的真二次电子在向样品表面运动的过程中,将会受到该偏压的减速而在表面附近停留下来无法逸出表面,停留下来的真二次电子将与附近的正电荷发生中和,起到电荷中和的作用。
(3)只有当入射电子轰击一定次数,内部产生足够数量的真二次电子将表面全部的残余正电荷完全中和完后,才能完全消除积聚正电荷对测试的影响。更进一步,通过多次电荷注入,使得样品表面达到如图8所示的负电荷充电平衡状态时,负电荷对真二次电子发射的过程不会产生影响,因此只要样品表面达到了负电荷充电平衡状态,则一定可以确保不会有残余正电荷对真二次电子发射过程产生影响。确定电荷中和操作次数的方法为,首先在样品台上加+50V偏压,保持入射电子的参数不变,连续发射5次脉冲电子束轰击样品表面;然后靶上不加偏压,保持入射电子的参数不变,发射1次脉冲电子束轰击样品表面,采集二次电子收集极接收到的二次电子信号波形和靶电流波形,最后再发射19次脉冲电子束轰击样品,使得样品表面回到正电荷充电平衡状态。
(4)重复(3)的电荷中和与信号采集操作过程,在电荷中和操作过程中连续发射脉冲电子束的次数为5×2n次,然后采集得到中和5次、10次、20次、40次、80次、160次后样品台不加偏压时的二次电子信号波形和靶电流波形,二次电子信号波形的变化如图9所示,靶电流波形的变化如图10所示。可见随着中和操作次数的增大,残余正电荷的数量会越来越少,能够发射出来的二次电子数量越来越多,测得的二次电子信号也就越来越大,直到中和次数达到80次时,表面的正电荷已被完全中和掉,并处于负电荷充电平衡状态,后续的测试过程中,每次都对样品进行80次的电荷中和操作,就可以确保样品表面一定能够达到负电荷充电平衡状态。
步骤二、测定样品的二次电子产额:
(1)设定入射电子的能量为E1,样品台不加偏压,收集极加+100V偏压,两层栅网均接地,发射1次脉冲电子束轰击样品,采集收集极接收到的二次电子信号波形,并记录二次电子信号的最大值Ic-max,记为Ic
(2)保持其他设置不变,将样品台加上+50V偏压,连续发射80次脉冲电子束对样品表面进行正电荷中和操作,并采集第80次样品台接收到的靶电流信号波形和二次电子收集极接收到的二次电子信号波形,由于此时样品处于负电荷充电平衡状态,测得的信号波形将如图11所示。将靶电流信号和二次电子信号分别记为It0和Ic0,根据电荷守恒定律可知,I0=It0+Ic0/θ。
(3)由于样品台加+50V偏压时,入射电子激发的能量低于50eV的真二次电子都无法逸出样品表面,此时仅能量高于50eV的背散射电子可以穿越栅网,在被栅网阻挡掉一部分后被二次电子收集极接收到,因此背散射电子产额可以表示为:
Figure BDA0003160504130000081
当样品台上不加偏压时,样品发射出的全部二次电子,除了部分被栅网阻挡外,都可被二次电子收集极接收到,因此总二次电子产额可表示为:
Figure BDA0003160504130000082
由此也可以得到真二次电子产额的表达式:
Figure BDA0003160504130000083
(4)按照入射电子能量由低到高,根据二次电子产额的变化情况,按照一定的步长,设定入射电子的能量,重复(1)~(3)的测试过程,测定不同入射电子能量下的δ、σ、η值,即可得到氧化铝陶瓷样品二次电子产额随入射电子能量变化的曲线如图12所示。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、采用脉冲电子束轰击样品表面考察样品表面正电荷积聚对二次电子发射过程的影响并确定电荷中和操作的次数:
S11、基于双层栅网球形二次电子收集器,设定条件为样品台不加偏压,收集极加正偏压,两层栅网均接地,入射电子的能量固定设置为E0,电子枪发射脉冲电子束轰击样品,分别采集第1次至第5次,以及第20次脉冲电子束轰击样品时,收集极接收到的二次电子信号波形,和靶电流波形,观察二次电子信号波形的变化,并记录下二次电子信号最大值Ic-max的变化;
S12、将样品台加上正偏压,保持入射电子的参数不变,连续发射5次脉冲电子束轰击样品表面;
S13、样品台不加偏压,保持入射电子的参数不变,发射1次脉冲电子束轰击样品表面,采集收集极接收到的二次电子信号波形和靶电流信号,记录下二次电子信号最大值Ic-5,然后再发射19次脉冲电子束轰击样品,使得样品表面回到正电荷充电平衡状态;
S14、重复步骤S12-S13,并在步骤S12中,连续发射脉冲电子束的次数Cn为Cn=5×2n次,n为大于等于0的整数,在步骤S13中记录下二次电子信号最大值Icn,直到发现Icn和Ic(n+1)几乎没有差别时,确定Cn为电荷中和操作的次数;
S2、测定样品的二次电子产额:
S21、基于双层栅网球形二次电子收集器,设定条件为样品台不加偏压,收集极加正偏压,两层栅网均接地,发射1次脉冲电子束轰击样品,采集收集极接收到的二次电子信号波形,获取二次电子信号的最大值Ic
S22、保持其他设置不变,将样品台加上正偏压,进行正电荷中和操作,操作次数为步骤S1获得的次数,并采集最后一次正电荷中和操作样品台接收到的靶电流信号It0和收集极接收到的二次电子信号Ic0
S23、基于步骤S22获得的二次电子信号Ic0、靶电流信号It0和双层栅网的电子透过率θ计算背散射电子产额η;基于步骤S21获得的1次脉冲轰击后样品的二次电子信号最大值Ic、入射电子流强I0和双层栅网的电子透过率θ计算总二次电子产额δ,其中,I0=It0+Ic0/θ;
S24、基于总二次电子产额为δ为真二次电子产额为σ与背散射电子产额为η之和计算真二次电子产额为σ;
步骤S2中收集极所加正偏压和样品台所加正偏压与步骤S1中确定电荷中和操作次数过程中采用的收集极所加正偏压和样品台所加正偏压一致。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法,其特征在于,测定样品的二次电子产额还包括以下步骤:
按照入射电子能量由低到高,按照一定的步长,设定入射电子的能量,重复S21~S24,测定不同入射电子能量下的δ、σ、η值,获得所测绝缘介质材料样品的二次电子产额随入射电子能量变化的曲线。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法,其特征在于,步骤S23中,背散射电子产额η的计算公式如下:
Figure FDA0004116475440000021
式中,Ic0为二次电子信号,I0为入射电子流强,θ为双层栅网的电子透过率,It0为靶电流信号。
4.根据权利要求1所述的一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法,其特征在于,步骤S23中,总二次电子产额δ的计算公式如下:
Figure FDA0004116475440000022
式中,Ic0为二次电子信号,I0为入射电子流强,θ为双层栅网的电子透过率,It0为靶电流信号,Ic为1次脉冲电子束轰击样品时二次电子信号的最大值。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法,其特征在于,步骤S21中,收集极所加正偏压为+100V偏压,S22中,样品台所加正偏压为+50V偏压。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法的应用,其特征在于,用于绝缘介质材料表面二次电子产额测试。
7.根据权利要求6所述的一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法的应用,其特征在于,用于厚度在微米至毫米范围的绝缘介质材料表面二次电子产额测试。
CN202110789989.9A 2021-07-13 2021-07-13 一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用 Active CN113533404B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110789989.9A CN113533404B (zh) 2021-07-13 2021-07-13 一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110789989.9A CN113533404B (zh) 2021-07-13 2021-07-13 一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113533404A CN113533404A (zh) 2021-10-22
CN113533404B true CN113533404B (zh) 2023-04-28

Family

ID=78127701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110789989.9A Active CN113533404B (zh) 2021-07-13 2021-07-13 一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113533404B (zh)

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463255A (en) * 1980-09-24 1984-07-31 Varian Associates, Inc. Apparatus for enhanced neutralization of positively charged ion beam
WO2004070828A1 (ja) * 2003-02-03 2004-08-19 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation 検査方法、解析片の製作方法、解析方法、解析装置、soiウェーハの製造方法、およびsoiウェーハ
TW200417729A (en) * 2003-01-27 2004-09-16 Ebara Corp Mapping projection type electron beam apparatus for sample inspection by electron emitted from the sample
CN1873400A (zh) * 2006-06-30 2006-12-06 北京工业大学 环境扫描电镜中电荷环境的测量方法
CN102109477A (zh) * 2010-12-31 2011-06-29 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置
CN102706914A (zh) * 2012-06-29 2012-10-03 北京卫星环境工程研究所 介质材料二次电子发射系数测量系统及测量方法
CN103760181A (zh) * 2013-12-24 2014-04-30 兰州空间技术物理研究所 星用介质材料二次电子发射系数的测试方法和测试系统
CN105092626A (zh) * 2015-07-13 2015-11-25 中国科学院高能物理研究所 二次电子特性参数的测量装置和方法
CN106093094A (zh) * 2016-07-19 2016-11-09 西安交通大学 一种介质材料的二次电子能谱测量装置及测量方法
CN109060855A (zh) * 2018-08-23 2018-12-21 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种金属表面二次电子发射系数测试方法
CN109100380A (zh) * 2018-08-23 2018-12-28 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种双层栅网球形二次电子收集器
CN109142409A (zh) * 2018-10-15 2019-01-04 中国科学院高能物理研究所 高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置和方法
CN109142414A (zh) * 2018-08-23 2019-01-04 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种金属表面二次电子能谱分布测试方法
CN208999328U (zh) * 2018-10-15 2019-06-18 中国科学院高能物理研究所 高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置
CN110146529A (zh) * 2019-05-16 2019-08-20 中国科学院高能物理研究所 一种测量介质材料二次电子发射系数的方法
CN110161065A (zh) * 2018-02-11 2019-08-23 中国科学院电工研究所 一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置
CN111307850A (zh) * 2019-12-27 2020-06-19 西安空间无线电技术研究所 一种介质二次电子发射产额的测量方法
CN112986303A (zh) * 2021-02-07 2021-06-18 中国建筑材料科学研究总院有限公司 离子诱导材料表面二次电子发射产额的检测方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7239148B2 (en) * 2003-12-04 2007-07-03 Ricoh Company, Ltd. Method and device for measuring surface potential distribution
JP5164317B2 (ja) * 2005-08-19 2013-03-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線による検査・計測方法および検査・計測装置

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463255A (en) * 1980-09-24 1984-07-31 Varian Associates, Inc. Apparatus for enhanced neutralization of positively charged ion beam
TW200417729A (en) * 2003-01-27 2004-09-16 Ebara Corp Mapping projection type electron beam apparatus for sample inspection by electron emitted from the sample
WO2004070828A1 (ja) * 2003-02-03 2004-08-19 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation 検査方法、解析片の製作方法、解析方法、解析装置、soiウェーハの製造方法、およびsoiウェーハ
CN1873400A (zh) * 2006-06-30 2006-12-06 北京工业大学 环境扫描电镜中电荷环境的测量方法
CN102109477A (zh) * 2010-12-31 2011-06-29 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置
CN102706914A (zh) * 2012-06-29 2012-10-03 北京卫星环境工程研究所 介质材料二次电子发射系数测量系统及测量方法
CN103760181A (zh) * 2013-12-24 2014-04-30 兰州空间技术物理研究所 星用介质材料二次电子发射系数的测试方法和测试系统
CN105092626A (zh) * 2015-07-13 2015-11-25 中国科学院高能物理研究所 二次电子特性参数的测量装置和方法
CN106093094A (zh) * 2016-07-19 2016-11-09 西安交通大学 一种介质材料的二次电子能谱测量装置及测量方法
CN110161065A (zh) * 2018-02-11 2019-08-23 中国科学院电工研究所 一种二次电子发射系数测量和能谱分析装置
CN109060855A (zh) * 2018-08-23 2018-12-21 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种金属表面二次电子发射系数测试方法
CN109100380A (zh) * 2018-08-23 2018-12-28 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种双层栅网球形二次电子收集器
CN109142414A (zh) * 2018-08-23 2019-01-04 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种金属表面二次电子能谱分布测试方法
CN109142409A (zh) * 2018-10-15 2019-01-04 中国科学院高能物理研究所 高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置和方法
CN208999328U (zh) * 2018-10-15 2019-06-18 中国科学院高能物理研究所 高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置
CN110146529A (zh) * 2019-05-16 2019-08-20 中国科学院高能物理研究所 一种测量介质材料二次电子发射系数的方法
CN111307850A (zh) * 2019-12-27 2020-06-19 西安空间无线电技术研究所 一种介质二次电子发射产额的测量方法
CN112986303A (zh) * 2021-02-07 2021-06-18 中国建筑材料科学研究总院有限公司 离子诱导材料表面二次电子发射产额的检测方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DENNISON J R.Evolution of the electron yield curves of insulators as a function of impinging electron fluence and energy.《IEEE Transactions on Plasma Science》.2006,第34卷(第5期),2204-2218. *
He, J..Measurement of yield and spectrum of secondary electron emission and their characteristics under modification of conductive materials.《Review of Scientific Instruments》.2019,第90卷(第6期),1-6. *
He, J.The influence of low energy titanium ion beam irradiation on secondary electron emission of metal materials by electron impact.《Applied Surface Science》.2020,第515卷(第15期),1-5. *
徐延辉 ; 王洁 ; 王勇 ; 张波 ; 范乐 ; 裴香涛 ; 洪远志 ; 尉伟 ; 张宇心 ; .高精度材料二次电子产额测试装置的设计与研究.《真空》.2016,第53卷(第02期),62-64. *
李杨威 ; 任成燕 ; 孔飞 ; 刘俊标 ; 张燕 ; 邵涛 ; .绝缘材料二次电子发射系数的测量及其影响因素研究进展.《高压电器》.2019,(第05期),7-15. *
杨振 ; 彭宇飞 ; 龙继东 ; 蓝朝晖 ; 董攀 ; 石金水 ; .脉冲离子束作用下靶面次级电子的抑制.《强激光与粒子束》.2012,第24卷(第09期),2199-2202. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113533404A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7209744B2 (ja) 顕微鏡検査のための半導体荷電粒子検出器
US7586100B2 (en) Closed loop control and process optimization in plasma doping processes using a time of flight ion detector
Thiel et al. An improved model for gaseous amplification in the environmental SEM
US8519329B2 (en) Time-of-flight mass spectrometry of surfaces
WO2017122339A1 (ja) 直交加速飛行時間型質量分析装置
US20110147578A1 (en) Time-of-flight spectrometry and spectroscopy of surfaces
CN110146529B (zh) 一种测量介质材料二次电子发射系数的方法
Gahan et al. Comparison of plasma parameters determined with a Langmuir probe and with a retarding field energy analyzer
Louksha et al. Gyrotron research at SPbPU: Diagnostics and quality improvement of electron beam
CN113533404B (zh) 一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用
Toburen et al. Time‐of‐flight measurements of low‐energy electron energy distributions from ion–atom collisions
Rajamäki Vacuum arc localization in CLIC prototype radio frequency accelerating structures
US8049168B2 (en) Time-of-flight segmented Faraday
CN111307850A (zh) 一种介质二次电子发射产额的测量方法
Kas' yanenko et al. Lowfrequency parasitic oscillations in the 74.2 GHz moderate-power pulse gyrotron
Palla et al. Preliminary measurements on the new TOF system installed at the AMS beamline of INFN-LABEC
Zwaska Electron cloud experiments at Fermilab: Formation and mitigation
US20240128049A1 (en) Electron microscope
Macek et al. Status of the experimental studies of the electron cloud at the Los Alamos proton storage ring
Ando et al. Electron beam probing of strong Langmuir fields in an intense beam-plasma system
CN116297610A (zh) 一种测量介质材料二次电子发射系数的方法及系统
Romé et al. Longitudinal Space Charge Effects in Bunched Electron Beams Travelling through a Malmberg‐Penning Trap
JP2024001445A (ja) 荷電粒子線装置、及び撮像方法
Lee et al. Direct Measurements of Space-Charge-Potential in High Intensity H-Beam with Laser Based Photo Neutralization Method
Ilyin et al. Effect of emission inhomogeneities on low-frequency oscillations in gyrotron-type electron beams

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant