CN113588698B - 一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于物理电子学技术领域，公开了一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法。该方法用于测量入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额，形成产额谱，本发明采用氘灯和单色仪产生的固定波长的紫外光源照射介质材料表面产生光电子，用正极板收集光电子，从而实现对介质材料表面负电荷的中和，本发明采用电子枪发射低能电子束，从而实现对介质材料表面正电荷的中和，通过计算并控制光电效应和低能电子束发射所涉及的相关参数，有效防止了中和不足或者过量导致介质材料表面的电荷积累。

Description

一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法

技术领域

本发明属于物理电子学技术领域，具体涉及一种使用紫外光对介质材料表面负电荷进行中和后，测试介质材料的二次电子发射特性的方法，特别是一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法。

背景技术

材料的二次电子发射现象是指具有一定动能的入射电子束轰击材料表面，材料内部原子的核外电子离开材料表面，从材料中发射出来的现象。二次电子一般都是在表层5～10nm深度范围内发射出来的，能量较低，一般不超过50eV。

二次电子在不同的领域有不同的应用：二次电子发射会引起航天器表面的静电放电、导致高功率微波真空器件容易射频打火，影响航天器和高功率微波真空器件的运行可靠性和寿命，在这些领域需要抑制二次电子的发射。而在电子倍增探测器方面，如微通道板，利用二次电子的倍增效应将微弱的入射电子放大到仪器可以测量的程度，需要增强二次电子的发射，以提高增益。因此，不同能量下二次电子发射产额的准确测量显得尤为重要。

二次电子发射系数σ又称二次电子发射产额，是出射二次电子数量与入射电子数量的比值，即σ＝I_S/I_P，其中，I_P为一次电流，表示轰击材料表面的入射电子束的电流强度，I_s为二次电流，表示从材料表面发射出来的二次电子的电流强度，σ＞1，材料表面带正电，σ＜1材料表面带负电。材料上的积累电荷会使其电势发生改变，会对后续入射的电子能量造成影响，从而影响二次电子发射系数的测量精度，同时试样表面电势在不断变化的过程中达到动态平衡。因此，在介质材料的二次电子发射产额的测量方法中，为了消除材料表面带电的影响，除了采用单脉冲的电子枪进行测量外，需要对材料表面积累的电荷进行中和。

介质材料的二次电子发射系数σ＝1在低能段和高能段对应的入射能量分别为E₁和E₂。电子束入射能量E＜E₁或E＞E₂都会导致材料的出射电子小于入射电子，使得材料表面带负电，进而促进二次电子的产出，导致二次电子发射系数不断升高并接近于1。同时，材料表面带负电也会降低接下来入射电子的入射动能。当E₁＜E＜E₂时，材料的出射电子大于入射电子，使得材料表面带正电，进而抑制二次电子的产出，导致二次电子发射系数不断降低并接近于1。同时，材料表面带负电也会提高接下来入射电子的入射动能。为了消除材料表面带电对介质材料二次电子发射系数的影响，需要在每次测量前对介质材料表面电荷进行中和。

目前对介质材料二次电子发射产额测试时，对材料表面所带电荷进行处理的方法仍存在以下问题：

(1)基于单电子枪的负偏压收集极的中和法：该方案收集极具有负偏压，其电位比样品电位低，由样品出射的二次电子被反射回样品。无论样品表面原先累积的是正电荷还是负电荷，这些返回的电子都会使样品表面最终累积负电荷，从而造成样品电位的下降。该方案电荷量不好把握，且忽略样品表面带负电对二次电子发射产额的影响。

(2)基于双电子枪的中和法：该方案除了发射电子束的电子枪，还增加了一个用于中和的低能电子枪。当需要中和时，关闭测量用的电子枪，开启低能电子枪。当材料表面带正电荷时，使用低能电子枪发射的大量低能电子对介质材料表面积累的正电荷进行中和。当材料表面带正电荷时，开启测量用的电子枪，在E₁＜E＜E₂内继续向带负电的介质材料表面发射电子束，使其表面带正电，然后重复上述材料表面带正电荷中和的步骤。该方案电荷量不好把握，容易过渡中和，而且需要来回开关不同的电子枪，操作复杂。

(3)基于介质材料不同位置的测试方法：该方案通过改变材料的测试位置来减小之前测试点电荷积累的影响。从介质材料表面出射的电子，尤其是背散射电子，可能从收集极和介质材料之间的间隙再一次轰击到材料表面的其他位置，导致材料表面未测量的位置带电。而且受到材料尺寸本身的限制和移动距离估算不准确，测试结果也会存在一定误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介质材料二次电子发射产额测量装置及方法，用以解决现有的测试装置及方法中操作复杂且测量误差较大等问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种介质材料二次电子发射产额测量装置，该装置包括四维台、样品台、样品托、收集极一、电子枪、电子枪控制器、单色仪、氘灯、真空腔、收集极二、表面电位计和一维台；

所述的四维台和一维台安装在真空腔外部，所述的样品台、收集极一、收集极二和表面电位计设置在真空腔内部，所述的样品台设置在真空腔的内部，四维台控制样品台的位置，所述样品台上设置有样品托，所述的样品托用于固定介质材料，所述一维台控制表面电位计的位置，所述的电子枪连接有电子枪控制器，所述的氘灯和单色仪设置在真空腔外部，所述的氘灯用于产生紫外光，所述的单色仪用于分光，所述的收集极一由栅网和法拉第杯组成。

进一步的，所述的收集极一和收集极二还包括收集极固定装置，所述的收集极固定装置包括支撑板、支撑柱、延长板和调节板；

所述的支撑板上设置有通孔用于固定收集极一和收集极二，所述的支撑板和调节板通过支撑柱连接，所述的调节板连接延长板，所述的延长板设置有法兰二，所述的法兰二分别用于连接真空腔上的法兰一和法兰。

进一步的，所述的氘灯通过反射器和滤光片轮连接在单色仪的入口，所述的单色仪的出口通过光学准直模块、光阑和法兰三连接真空腔，其中，氘灯为紫外光光源，单色仪对氘灯出射的复色光进行分光，反射器用于将氘灯出射的发散光汇聚并反射到单色仪的入射狭缝处，增加光强，滤光片轮滤除由于二级衍射产生的紫外光，光学准直模块用于修正单色仪的波长，将单色仪出射狭缝的汇聚光准直成平行光，光阑用于控制通过光束的大小。

一种介质材料二次电子发射产额测量方法，该方法用于测量入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额，形成产额谱，该方法采用上述任一种介质材料二次电子发射产额测量装置实现；

该方法包括准备步骤和测量步骤，所述的准备步骤包括：

步骤1：将待测试的介质材料设置固定在样品台上，调节四维台和电子枪出射口使电子束垂直入射介质材料表面，调节单色仪的输出光源口，使紫外光以30°～60°角斜入射介质材料表面；

步骤2：调节真空腔的真空度，调整电子枪的参数，在二次电子收集极中法拉第杯上加正电压；

所述的测量步骤中，对于每个入射能量下二次电子发射产额测量包括如下步骤：

步骤3：获取经过电流放大器放大的样品台电流信号I₁，法拉第杯电流信号I₂和栅网电流信号I₃，根据介质材料的产额计算公式

获得该入射能量下的二次电子发射产额σ；

步骤4：若σ＞1，材料表面带正电，去掉二次电子收集极中法拉第杯上的正电压，控制电子枪出射低能电子束入射至介质材料表面，中和材料表面的正电荷，低能电子束照射结束后，中和结束，执行步骤5；

若σ＜1，材料表面带负电，去掉二次电子收集极中法拉第杯上的正电压，利用单色仪发出的紫外光照射介质材料表面进行中和，将收集光电子的收集极加上10V正电压，对介质材料表面产生的光电子进行收集，紫外光照射结束后，中和结束，执行步骤5；

若σ＝1，材料表面不带电，执行步骤5；

步骤5：令当前入射能量更新为入射能量范围内的下一个入射能量，返回步骤3，直至入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额测量结束。

进一步的，若待测试的介质材料为聚酰亚胺，则采用式Ⅰ计算材料表面带正电所需的低能电子束照射时长t₁：

其中，I_beam1为入射电子束大小，T为入射脉冲时间，I_beam2为低能电子束大小；

采用式Ⅱ计算计算材料表面带负电所需的紫外光照射时长t₂：

其中，S为光电灵敏度，h为普朗克常数，c为光速，Y为介质材料的光电子发射产额，e为一个电子所带的电荷量，I_u为紫外光电流，u是ultraviolet light的缩写，λ为紫外光波长

本发明与现有技术相比具有以下技术特点：

(1)本发明采用氘灯和单色仪产生的固定波长的紫外光源照射介质材料表面产生光电子，用收集极收集光电子，从而对介质材料表面的负电荷进行中和，通过计算并控制二次电子发射和光电效应的相关参数，有效防止了中和不足或者过量导致介质材料表面的电荷积累。

(2)本发明减小了由于介质材料表面正电荷和负电荷积累所引入的测量误差，提高了介质材料二次电子发射产额测试结果的准确度。

(3)本发明适用于温度、角度等不同因素影响下的介质材料二次电子发射产额测试。

(4)本发明能够测试电子枪允许入射能量范围下的所有二次电子发射产额，测试过程中不需要移动样品台改变入射位置，操作简单，测试结果准确。

附图说明

图1是二次电子发射产额测量装置结构示意图；

图2是中和方法示意图；

图3是收集极固定装置示意图；

图4是介质材料聚酰亚胺试样在300eV入射电子脉冲下，采用低能电子束中和与无中和情况下全二次电子产额的测量结果对比图；

图5是介质材料聚酰亚胺试样在2000eV入射电子脉冲下，采用紫外光中和与无中和情况下全二次电子产额的测量结果对比图；

图6是使用本发明中和方法对介质材料聚酰亚胺进行全二次电子产额测试的典型结果图。

图中标号代表：

1—四维台；2—样品台；3—样品托；4—收集极一；5—电子枪；6—电子枪控制器；7—单色仪；8—氘灯；9—介质材料；10—真空腔；11—法兰一；12—支撑板；13—支撑柱；14—延长板；15—法兰二；16—调节板；17—光学准直模块；18—光阑；19—反射器；20—滤光片轮；21—法兰三；22—法兰四；23—收集极二；24—表面电位计；25—一维台；26—栅网；27—法拉第杯；28—固定装置。

具体实施方式

首先对本发明中出现的技术词语进行解释说明：

二次电子发射产额测量装置：通常由电子枪，样品台和收集二次电子的收集极组成。电子枪向样品台上搭载的介质材料发射不同能量的电子束，材料表面产生二次电子，加偏压的收集极对二次电子进行收集和测量。

在本实施例中公开了一种介质材料二次电子发射产额测量装置，该装置用于实现权利要求1或2中的测量方法，该装置包括四维台1、样品台2、样品托3、收集极一4、电子枪5、电子枪控制器6、单色仪7、氘灯8、真空腔10、收集极二23、表面电位计24和一维台25；

所述的四维台1和一维台25安装在真空腔10外部，所述的样品台2、收集极一4、收集极二23和表面电位计24设置在真空腔10内部，所述的样品台2设置在真空腔10的内部，四维台1控制样品台2的位置，所述样品台2上设置有样品托3，所述的样品托3用于固定介质材料9，所述一维台25控制表面电位计24的位置，所述的电子枪5连接有电子枪控制器6，所述的氘灯8和单色仪7设置在真空腔10外部，所述的氘灯8用于产生紫外光，所述的单色仪7用于分光，所述的收集极一4由栅网26和法拉第杯27组成。

具体的，四维台1中的四维分别是改变试样在x,y,z轴的位置以及旋转角度，作用是换样前后调整样品和收集极一4之间的位置，使其位置合理，便于测试。角度的作用是为了测量介质材料表面电位，同时，角度可以进行不同角度下材料二次电子产额的测试。

具体的，所述的收集极一4和收集极二23还包括收集极固定装置，所述的收集极固定装置包括支撑板12、支撑柱13、延长板14和调节板16；

所述的支撑板12上设置有通孔用于固定收集极一4和收集极二23，所述的支撑板12和调节板16通过支撑柱13连接，所述的调节板16连接延长板14，所述的延长板14设置有法兰二15，所述的法兰二15分别用于连接真空腔10上的法兰一11和法兰22。

具体的，所述收集极一4和收集极二23为圆柱形，两个圆面，一个全开孔，对准电子枪和单色仪的一侧开小孔。

具体的，所述的氘灯8通过反射器19和滤光片轮20连接在单色仪7的入口，所述的单色仪7的出口通过光学准直模块17、光阑18和法兰三21连接真空腔10。

具体的，所述样品台2上方设置有收集极二23，所述收集极二23通过法兰四22固定在真空腔10内。

具体的，本发明的光学系统包括紫外光的产生和连续光谱的分光两部分功能，氘灯8发出真空紫外光，单色仪7对连续光谱进行分光。氘灯8出射的光经过反射器19内部的镜片汇聚，反射器19用于将氘灯8出射的发散光汇聚并反射到单色仪7的入射狭缝处，增加光强，并反射到滤光片轮20的滤光片上，滤光片轮20滤除由于二级衍射产生的紫外光，滤光片连接在单色仪7的入口。从单色仪7出口出射的单色光，经过光学准直模块17将会聚光准直成平行光。光阑18控制出射光斑面积大小，通过手动调节，改变光阑18内部荷叶扇形的面积，从而控制光源光通量的大小。

具体的，真空腔的真空度为10^-6至10^-5Pa。

在本实施例中公开了一种介质材料二次电子发射产额测量方法，该方法用于测量入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额，形成产额谱，该方法采用介质材料二次电子发射产额测量装置实现；

该方法包括准备步骤和测量步骤，所述的准备步骤包括：

步骤1：将待测试的介质材料设置固定在样品台上，调节四维台和电子枪出射口使电子束垂直入射介质材料表面，调节单色仪的输出光源口，使紫外光以30°～60°角斜入射介质材料表面；所述的单色仪连接有氘灯，所述的真空腔内设置有收集二次电子的收集极和收集光电子的收集极；

步骤2：调节真空腔的真空度，调整电子枪的参数，在二次电子收集极中法拉第杯上加正电压；

具体的，步骤2包括如下子步骤：

步骤2.1：打开机械泵，等真空度达到7Pa～8Pa，开启分子泵，真空度维持在10^-5～10^-6Pa；

步骤2.2：在二次电子收集极中法拉第杯上加50V正电压；

步骤2.3：调整电子枪的参数，使得电子枪在设定入射能量下的电子束以最小束流入射到介质材料表面；

步骤2.5：设置信号发生器的放大倍数为10⁵～10⁷，频带宽度为1Mhz，控制信号发生器产生5μs～30μs脉冲信号，控制电子枪以脉冲的形式发射电子束轰击介质材料表面；

所述的测量步骤中，对于每个入射能量下二次电子发射产额测量包括如下步骤：

步骤3：观察示波器的波形，分别读取同轴屏蔽线缆引出的收集电流，经过电流放大器放大的样品台电流信号I₁，法拉第杯电流信号I₂和栅网电流信号I₃，根据介质材料的产额计算公式

获得该入射能量下的二次电子发射产额σ；

步骤4：若σ＞1，材料表面带正电，去掉二次电子收集极中法拉第杯上的50V正电压，控制电子枪出射低能电子束入射至介质材料表面，中和材料表面的正电荷，低能电子束照射结束后，调节四维台控制介质材料旋转，使其垂直于表面电位计探头，调节一维台使其与介质材料表面距离1mm～2mm，测量经过中和处理后的介质材料表面电位是否为零，检验中和效果，执行步骤5；

若σ＜1，材料表面带负电，去掉二次电子收集极中法拉第杯上的50V正电压，利用单色仪发出的紫外光照射介质材料表面进行中和，将收集光电子的收集极加上10V正电压，对介质材料表面产生的光电子进行收集，采用计时器对紫外光照射时间进行计时，紫外光照射结束后，调节四维台控制介质材料旋转，使其垂直于表面电位计探头，调节一维台使其与介质材料表面距离1mm～2mm，测量经过中和处理后的介质材料表面电位是否为零，检验中和效果，执行步骤5；

若σ＝1，材料表面不带电，执行步骤5；

步骤5：中和结束后，令当前入射能量更新为入射能量范围内的下一个入射能量，返回步骤3，直至入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额测量结束。

最终，测得介质材料的二次电子发射产额谱。

具体的，本实施例中待测试的介质材料为聚酰亚胺，采用式Ⅰ计算材料表面带正电所需的低能电子束照射时长t₁：

其中，I_beam1为入射电子束大小，T为入射脉冲时间，I_beam2为低能电子束大小；

采用式Ⅱ计算计算材料表面带负电所需的紫外光照射时长t₂：

其中，S为光电灵敏度，h为普朗克常数，c为光速，Y为介质材料的光电子发射产额，e为一个电子所带的电荷量，I_u为紫外光电流，u是ultraviolet light的缩写，λ为紫外光波长

当σ＞1介质材料表面带正电时，电子枪的束流I_beam的范围为1nA～10μA，假设当前入射能量下介质材料的二次电子发射系数δ＝2，电子枪束流为10nA,遵循以下计算原则：

Q₁＝I_beam1T

I_beam1——入射束流大小/A；T——入射脉冲时间/s；Q₁——入射到介质材料表面的电荷量/C；

σ＝Q₂/Q₁

σ——介质材料二次电子发射系数；Q₂——出射的电子电子电荷量/C；

Q₃＝Q₂-Q₁

Q₃——材料表面剩余电荷量/C；

t＝Q₃/I_beam2

I_beam2——中和时电子枪的束流/A；

若σ＜1，则采用紫外光照射介质材料进行中和，采用式Ⅱ计算紫外光照射时长，紫外光照射结束后，继续测量其余入射能量下介质材料二次电子发射产额；

其中，S为光电灵敏度，h为普朗克常数，c为光速，Y为介质材料的光电子发射产额，e为一个电子所带的电荷量，I_u为紫外光电流，λ为紫外光波长，u代表紫外光，为ultraviolet light的缩写。

当介质材料表面带负电时，遵循以下计算原则：

Q₁＝I_beam1T

I_beam1——入射束流大小/A；T——入射脉冲时间/s；Q₁——入射到介质材料表面的电荷量/C；

σ＝Q₂/Q₁

σ——介质材料二次电子发射系数；Q₂——出射的电子电子电荷量/C；

Q₃＝Q₁-Q₂

Q₃——材料表面剩余电荷量/C；

紫外入射光到介质材料表面处的光通量φ_e为光电阴极发出的光电流与光谱灵敏度的比值，公式如下：

φ_e＝I_u/S

φ_e——单色光通量/W；I_u——紫外光电流/mA；S——光电灵敏度/mA/W，也被称为响应度。

设单色光单位时间产生的光子数为N_p，计算如下：

λ——紫外光波长/m；h——普朗克常数，6.63×10^-34J·s；c——光速，3×10⁸m/s；

设单色光单位时间产生的光电子数N_e

N_e＝Y·N_p

Y——介质材料的光电子发射产额，即量子效率。

设需要单色紫外光照射的时间为t，计算如下：

e——一个电子所带的电荷量，1.6×10^-19C。

以上公式假设束斑面积和单色紫外光照射面积相同，若面积不同，假设紫外光面积与束斑面积的比值为k，则单色紫外光照射时间t为：

若σ＝1，入射的电子个数与收集的二次电子个数相同，材料表面不带电，不需要中和，继续测试不同入射能量下的介质材料二次电子发射产额。

具体的，该方法在真空环境下进行；所述的入射电子束和低能电子束均通过电子枪释放，电子枪的束流范围为1nA～10μA，所述的入射电子束和低能电子束通过电子枪控制器进行调整使得电子枪以最小束流入射到介质材料表面；所述的介质材料的一次电流通过采集介质材料的样品台电流和收集二次电子的收集极电流后计算获得，所述的紫外光通过氘灯产生并通过单色仪照射在介质材料上。

具体的，该方法真空环境的真空度为10^-6至10^-5Pa。

具体的，所述入射电子束的入射能量范围为0到2000eV或别的能量段。

本发明方法的工作过程如下：

(1)将需要测试的介质材料9固定在样品托3上，将样品托3放置在样品台2上，控制样品台2前移，对准电子枪5出射口；连接氘灯8和单色仪7，将单色仪7的输出光源口对准介质材料9。对真空腔10进行抽真空，真空度为10^-5～10^-6Pa。

(2)将信号放大器A的输入端与样品台通路的信号输出口连接；将50V电压的电池组的正极与法拉第杯27通路的信号输出口连接，将信号放大器B的输入端与50V电压的电池组的负极连接，给法拉第杯27提供了50V偏压；分别将信号放大器A与信号放大器B的输出端与示波器的不同通道相连接，将信号发生器分别与电子枪和示波器的额外通道连接。

(3)打开电子枪控制器6，对电子枪5的灯丝进行30min预热，调整电子枪控制器6上的参数：栅极电压、第一阳极电压、偏转电压和聚焦电压，使得电子束斑在不同能量下以最小束斑照射到介质材料表面，电子枪5的工作距离为电子枪5出射口到真空腔体的中心位置，设置信号发生器的发生信号为5μs～30μs的脉冲信号。

(4)调整电子枪5的入射能量和聚焦电压，将示波器设置成待触发状态，信号发生器输出5μs～30μs的单脉冲信号，控制电子枪产生入射电子束，持续时间5μs～30μs。读取示波器所测得经过电流放大器放大的样品台电流I₁、收集极上法拉第杯的电流信号I₂，收集极上栅网的电流I₃。记一次电流I＝I₁+I₂+I₃，从而求得该入射能量下的介质材料二次电子发射系数

(5)当E₁＜E＜E₂时，σ＞1，去掉二次电子收集极中法拉第杯上的50V正电压，中和用低能电子束，调节电子枪5的入射能量为1eV，低能电子束的照射持续时间取决于上一时刻测试的介质材料的二次电子发射系数，介质材料的二次电子发射系数越大，低能电子束的照射持续时间越长，以保证对介质材料表面带的正电荷进行充分中和，调节四维台控制介质材料旋转，使其垂直于表面电位计探头，调节一维台使其与介质材料表面距离1mm～2mm，测量经过中和处理后的介质材料表面电位是否为零，检验中和效果；

当E＜E₁或E＞E₂时，σ＜1，去掉二次电子收集极中法拉第杯上的50V正电压，中和用紫外光，打开氘灯8和单色仪7，设置单色仪7的出射紫外光波长，同时，收集极二23加10V正电压，收集极二23固定在法兰四22上，用于收集紫外光照射产生的电子，采用计时器对紫外光照射时间进行计时。紫外光的波长取决于不同波长下介质材料的量子效率。紫外光照射时长取决于介质材料表面负电荷的积累量，调节四维台控制介质材料旋转，使其垂直于表面电位计探头，调节一维台使其与介质材料表面距离1mm～2mm，测量经过中和处理后的介质材料表面电位是否为零，检验中和效果；

(6)给二次电子法拉第杯27加50V正电压，返回步骤(4)，并重复步骤(4)和步骤(5)，测量不同入射能量下介质材料二次电子发射产额，直到所需测量的入射能量范围内的二次电子产额均测量完毕。

(7)分别关闭电子枪，信号发生器，示波器，信号放大器，真空系统，结束测量。

实施例1

在本实施例中公开了一种介质材料二次电子发射产额测量方法，在步骤2中测得当前入射能量下的二次电子发射系数σ＝11，即介质材料表面带正电：I₁＝100μA，I₂＝-110μA，入射能量为350eV，电子枪的束流I_beam的范围为1nA～10μA，电子枪束流为10nA，I_beam1＝10μA，σ＝11，I_beam2＝0.001μA，T＝30μs，电子枪中和时需要照射的时间为：

中和后介质材料表面电位为0。

实施例2

在本实施例中公开了一种介质材料二次电子发射产额测量方法，在步骤2中测得当前入射能量下的二次电子发射系数σ＝0.5，即介质材料表面带负电：I₁＝-0.05μA，I₂＝-0.05μA，入射能量为2000eV，光电二级管在10mm×10mm的照射面积下，I_beam1＝0.1μA,T＝30μsσ＝0.5,λ＝115nm。其中，在λ＝115nm的光电流I_p＝0.0305*10^-9A，光电灵敏度S＝167*10^{- 3}A/W；介质材料为聚酰亚胺，在λ＝115nm的量子效率Y＝0.107。

电子枪束斑范围为：0.7875mm²～78.5mm²，束斑面积为20mm²，面积比k＝100/20＝5，则紫外光照射中和时间t为：

中和后介质材料表面电位为0。

图4是介质材料聚酰亚胺试样在300eV入射能量下中和与无中和情况下的二次电子产额测量结果对比图；其中，300eV入射能量下，材料表面带正电，需要用低能电子束进行中和。

图5是介质材料聚酰亚胺试样在2000eV入射能量下中和与无中和情况下测量结果对比图；其中，2000eV入射能量下，材料表面带负电，需要用紫外光进行中和。

图6是使用本发明中和方法的典型测试结果，两次重复度较高，证明测试结果的准确性。测试材料为聚酰亚胺。

Claims (4)

1.一种介质材料二次电子发射产额测量方法，该方法用于测量入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额，形成产额谱，其特征在于，该方法采用介质材料二次电子发射产额测量装置实现；

该方法包括准备步骤和测量步骤，所述的准备步骤包括：

步骤1：将待测试的介质材料设置固定在样品台上，调节四维台和电子枪出射口使电子束垂直入射介质材料表面，调节单色仪的输出光源口，使紫外光以30°～60°角斜入射介质材料表面；

步骤2：调节真空腔的真空度，调整电子枪的参数，在收集极一中法拉第杯上加正电压；

所述的测量步骤中，对于每个入射能量下二次电子发射产额测量包括如下步骤：

步骤3：获取经过电流放大器放大的样品台电流信号I₁，法拉第杯电流信号I₂和栅网电流信号I₃，根据介质材料的产额计算公式

获得该入射能量下的二次电子发射产额σ；

步骤4：若σ＞1，材料表面带正电，去掉收集极一中法拉第杯上的正电压，控制电子枪出射低能电子束入射至介质材料表面，中和材料表面的正电荷，低能电子束照射结束后，中和结束，执行步骤5；

若σ＜1，材料表面带负电，去掉收集极一中法拉第杯上的正电压，利用单色仪发出的紫外光照射介质材料表面进行中和，将收集极二加上10V正电压，对介质材料表面产生的光电子进行收集，紫外光照射结束后，中和结束，执行步骤5；

若σ＝1，材料表面不带电，执行步骤5；

步骤5：令当前入射能量更新为入射能量范围内的下一个入射能量，返回步骤3，直至入射能量范围内每个入射能量下的二次电子发射产额测量结束；

所述介质材料二次电子发射产额测量装置包括四维台(1)、样品台(2)、样品托(3)、收集极一(4)、电子枪(5)、电子枪控制器(6)、单色仪(7)、氘灯(8)、真空腔(10)、收集极二(23)、表面电位计(24)和一维台(25)；

所述的四维台(1)和一维台(25)安装在真空腔(10)外部，所述的样品台(2)、收集极一(4)、收集极二(23)和表面电位计(24)设置在真空腔(10)内部，所述的样品台(2)设置在真空腔(10)的内部，四维台(1)控制样品台(2)的位置，所述样品台(2)上设置有样品托(3)，所述的样品托(3)用于固定介质材料(9)，所述一维台(25)控制表面电位计(24)的位置，所述的电子枪(5)连接有电子枪控制器(6)，所述的氘灯(8)和单色仪(7)设置在真空腔(10)外部，所述的氘灯(8)用于产生紫外光，所述的单色仪(7)用于分光，所述的收集极一(4)由栅网(26)和法拉第杯(27)组成。

2.如权利要求1所述的介质材料二次电子发射产额测量方法，其特征在于，若待测试的介质材料为聚酰亚胺，则采用式Ⅰ计算材料表面带正电所需的低能电子束照射时长t₁：

其中，I_beam1为入射电子束大小，T为入射脉冲时间，I_beam2为低能电子束大小；

采用式Ⅱ计算材料表面带负电所需的紫外光照射时长t₂：

其中，S为光电灵敏度，h为普朗克常数，c为光速，Y为介质材料的光电子发射产额，e为一个电子所带的电荷量，I_u为紫外光电流，u是ultraviolet light的缩写，λ为紫外光波长。

3.如权利要求1所述的介质材料二次电子发射产额测量方法，其特征在于，所述的收集极一(4)和收集极二(23)还包括收集极固定装置，所述的收集极固定装置包括支撑板(12)、支撑柱(13)、延长板(14)和调节板(16)；

所述的支撑板(12)上设置有通孔用于固定收集极一(4)和收集极二(23)，所述的支撑板(12)和调节板(16)通过支撑柱(13)连接，所述的调节板(16)连接延长板(14)，所述的延长板(14)设置有法兰二(15)，所述的法兰二(15)分别用于连接真空腔(10)上的法兰一(11)和法兰(22)。

4.如权利要求1所述的介质材料二次电子发射产额测量方法，其特征在于，所述的氘灯(8)通过反射器(19)和滤光片轮(20)连接在单色仪(7)的入口，所述的单色仪(7)的出口通过光学准直模块(17)、光阑(18)和法兰三(21)连接真空腔(10)，其中，氘灯(8)为紫外光光源，单色仪(7)对氘灯(8)出射的复色光进行分光，反射器(19)用于将氘灯(8)出射的发散光汇聚并反射到单色仪(7)的入射狭缝处，增加光强，滤光片轮(20)滤除由于二级衍射产生的紫外光，光学准直模块(17)用于修正单色仪(7)的波长，将单色仪(7)出射狭缝的汇聚光准直成平行光，光阑(18)用于控制通过光束的大小。

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