CN203337576U - 一种多功能二次电子发射系数分析测试装置 - Google Patents

一种多功能二次电子发射系数分析测试装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种多功能二次电子发射系数分析测试装置，包括真空系统、电子源系统、靶台测试系统，其特征在于：所述真空系统包括真空室、真空泵；电子源系统包括电子枪、脉冲发生器，可进行直流和脉冲两种条件下测试材料二次电子发射系数；靶台测试系统包括可伸缩旋转靶台、电流放大器、示波器，微弱的一次电流Ip和通过样品电流It,经电流放大器放大转换之后由示波器显示电压值。该装置可以快速、准确、简便的从入射角度、电子束流大小、束斑直径等方面分析测试材料的二次电子发射系数。

Description

一种多功能二次电子发射系数分析测试装置
技术领域
本实用新型涉及固体金属、半导体、绝缘体材料的二次电子发射系数分析测试领域。
背景技术
具有一定能量的电子轰击物体表面时，就会观察到有电子从物体表面发射出来，这种在电子轰击下物体表面发射出电子的现象通常称作二次电子发射或次级电子发射。发射出来的全部电子通常称作二次电子或次级电子，轰击物体表面的电子一般称作一次电子或原初电子。这一现象是坎贝尔于1899年发现的。
二次电子发射系数δ是表征材料二次电子发射能力的重要参数，二次电子发射系数δ=ns/np，np轰击物体的电子个数，ns从物体表面发射出来的电子个数。不同材料二次电子发射系数δ差别较大，一般金属材料二次电子发射系数较低，某些材料如金属氧化物其二次电子发射系数很大，可达十几甚至可达几十上百。
二次电子发射方面理论及测试研究工作直到本世纪二十年代都还做的很少，后来由于二次电子发射现象在电真空器件的广泛应用引起了人们的极大兴趣。积极方面，二次电子发射现象用在光电倍增管中，能把光电流放大几百万倍，利用二次电子发射的倍增作用，可以做出跨导极高的电子管，在接触管、开关管、磁控管等等管子里二次电子发射也得到应用；消极方面，在某些电真空器件中二次电子发射现象将引起不良影响，需要抑制或防止二次电子发射。所以不管从积极方面还是消极方面考虑，研究材料的二次电子发射都是很有意义的。近年来，国内外许多实验室研究机构都对二次电子发射现象进行了大量研究。我国的相关学者也对二次电子发射的理论和测试进行了大量的研究，例如，南京信息工程技术大学的谢爱根教授在理论与测量方面做了大量工作，也得到了诸多重大成果，华南理工大学的常天海教授等人发明了具有智能测控技术的固体材料二次电子发射系数测试装置。
对材料二次电子发射现象进行深入细致的研究，需要分析材料在不同条件下的发射系数，如入射角度、电子束流大小、束斑直径等等因素。之前的诸多测试装置没有兼顾到这些方面。因此，如何快速、准确、简便的分析测试材料的二次电子发射系数显得尤为重要。
实用新型内容
为了更好的从多方面条件出发，进行分析测试材料的二次电子发射系数，本实用新型提供了一种简易多功能二次电子发射系数分析测试装置，该装置可以快速、准确、简便的从入射角度、电子束流大小、束斑直径等方面分析测试材料的二次电子发射系数。
本实用新型具体提供了一种多功能二次电子发射系数分析测试装置，包括真空系统、电子源系统、靶台测试系统，其特征在于：所述真空系统包括真空室、真空泵；电子源系统包括电子枪、脉冲发生器，可进行直流和脉冲两种条件下测试材料二次电子发射系数；靶台测试系统包括可伸缩旋转靶台、电流放大器、示波器，微弱的一次电流Ip和通过样品电流It，经电流放大器放大转换之后由示波器显示电压值。
其中，真空泵与真空室相连，安装于真空室室壁法兰上的电子枪与设于真空室外的脉冲发生器相连，可伸缩旋转靶台设于真空室内，并与位于真空室外连有示波器的电流放大器相连。
本实用新型所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：可伸缩旋转靶台由伸缩杆、旋转轴、刻度盘和靶台构成，靶台中心正对电子枪电子束出射口，伸缩杆是在真空室外的推拉手柄通过磁力耦合杆将伸缩动作传递到靶台上；旋转轴是在真空室外的电机通过磁力耦合杆将旋转动作传递到真空室内并通过齿轮机构连接到靶台控制靶台转动，齿轮机构上装配有刻度盘，刻度盘用于显示靶台旋转的角度并通过设于真空室室壁上的观察窗加以观察。在伸缩杆和旋转轴作用下可以伸缩调整样品相对于电子枪电子束出射口的位置和角度。
本实用新型所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述真空泵由机械泵和分子泵串联而成。
本实用新型所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述真空室为不锈钢球形真空室，该不锈钢球形真空室直径450mm，极限真空度6.67*10-6Pa。
本实用新型所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：设于球形真空室室壁上的法兰其轴线通过球形真空室的球心。
本实用新型所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述电子枪其电子束斑直径1-100mm独立可调，加速电压0-5000V独立可调，电子束流1nA-100uA。
本实用新型所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述脉冲发生器产生脉冲方波，脉宽100ns-10us独立可调的、频率1-5000Hz独立可调。
本实用新型所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：在真空室室壁上设置1～10个窗口与备用法兰。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1.测试功能更加丰富：利用精密电子枪可以产生电子束斑直径1-100mm独立可调，加速电压0-5000V独立可调，1nA-100uA的电子束流对材料进行轰击，分析测试不同条件下材料的二次电子发射系数；利用可伸缩旋转靶台，可以测试分析0-90°不同入射角度下材料的二次电子发射系数。
2.分析测试更加简便、快速：利用可伸缩旋转靶台的伸缩调整，一次实验中可以装夹测试1-4个样品。
3，采用球形真空室并在真空室上设置多个窗口与备用法兰，可以方便地进行设备功能调整，如添加电子逸出功测试功能的附件，添加样品真空热处理及氧化处理的附件等。
4，由于球形真空室的法兰轴线通过球心，可以方便地调整电子枪的位置，从而实现对样品进行电子束清洗、溅射和辐照处理等。
附图说明
图1本实用新型简易多功能二次电子发射系数测试装置的总体结构示意图（其中，1、法拉第杯，2、旋转轴，3、伸缩杆，4、靶台，5、分子泵，6、机械泵，7、刻度盘，8、不锈钢球形真空室）。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做详细说明，但不仅限于此。
实施例1
简易多功能二次电子发射系数分析测试装置，包括真空系统、电子源系统、靶台测试系统。所述真空系统包括不锈钢球形真空室8、机械泵6、分子泵5；所述电子源系统包括电子枪、脉冲发生器；所述靶台测试系统包括可伸缩旋转靶台、高速电流放大器、示波器。
真空系统，不锈钢球形真空室8的直径为450mm，分子泵5是复合分子泵，与真空室相8连，抽速600升/秒，分子泵5直联抽速8升/秒的机械泵6，用以使不锈钢球形真空室8产生真空环境。
电子源系统，包括电子枪、脉冲发生器，可进行直流和脉冲两种条件下测试材料二次电子发射系数；安装于真空室8室壁法兰上的电子枪与设于真空室外的脉冲发生器相连，电子枪产生电子束斑直径1-100mm独立可调，加速电压0-5000V独立可调，电子束流1nA-100uA；脉冲发生器产生脉冲方波，脉宽100ns-10us独立可调、频率1-5000Hz独立可调，来形成不同的测试条件。
靶台测试系统，包括可伸缩旋转靶台、高速电流放大器、示波器。可伸缩旋转靶台由伸缩杆3、旋转轴2、刻度盘7、靶台4组成，靶台4中心正对电子枪电子束出射口，伸缩杆3是在真空室8外的推拉手柄通过磁力耦合杆将伸缩动作传递到靶台4上；旋转轴2是在真空室8外的电机通过磁力耦合杆将旋转动作传递到真空室8内并通过齿轮机构连接到靶台4控制靶台4转动。齿轮机构上装配有刻度盘7，刻度盘7用于显示靶台4旋转的角度，并通过设于真空室8室壁上的观察窗加以观察。法拉第杯1作为电子枪的组成部分，位于电子枪的电子束出射口处，用于标定电子束束流，即一次电流Ip，标定完成后通过外置手柄使法拉第杯倾转脱离电子束束流区域以免影响束流通过和测试。标定时法拉第杯1引出的电流信号外接到高速电流放大器上，放大并转换为电压信号接入示波器显示。靶台4及其上的被测试样品在测试过程中接收电子枪的电子束照射，电流信号即流过样品的电流It通过电缆接入设于不锈钢球形真空室8外的高速电流放大器，经过放大转换为电压信号，接入示波器显示。
简易多功能二次电子发射系数分析测试装置的具体操作步骤如下：
一．样品制备：待测样品面积须大于10mm*10mm，先将样品采用锡焊的方法焊接上铜导线，再将样品表面打磨抛光，然后在丙酮和无水乙醇中超声清洗15min，吹干样品表面待用；
二．样品安装：打开真空室活开门（假如真空室为真空环境需先打开放气阀放气），取下靶台4将样品装在靶台4上，然后将靶台4装回真空室中，连接好测试回路，关闭真空室活开门；
三．抽真空：开启机械泵6预抽真空室，待真空度小于5Pa之后，打开分子泵5使真空室达到高真空度；
四．准备测试：待真空度达到10-5Pa后，先将法拉第杯1调离测量位置，开启电子枪，调整灯丝电压、聚焦电压、栅极电压获取合适电子束流及束斑直径；调节灯丝电压时，注意升压不要太快，缓慢升压，打开电流放大器和示波器，如采用脉冲方式测量，打开脉冲发生器调整至合适的脉宽和频率；
五．样品测试：转动伸缩杆3和旋转轴2，将样品调到电子枪轰击范围内，开始测试，加速电压从100V开始直到最终所需电压，从示波器读数；
六．关机：测试结束后，关闭示波器和电流放大器，关闭电子枪，如采用脉冲方式测量则关闭脉冲发生器；待电子枪完全冷却之后（约30min），关闭分子泵5，待分子泵5完全停止后，关闭机械泵6；
七．数据处理：通过公式δ=(Vp-Vt)/Vp，计算出每一加速电压下所对应的二次电子发射系数δ，然后以二次电子发射系数δ为纵坐标，以电子束能量（加速电压与电子电荷量之积）为横坐标作图，即可得到所测材料的二次电子发射系数δ曲线。
需要说明的是：以上实施方式仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，参照上述实施方式对本实用新型做了详尽说明，本领域的普通技术人员应当理解，也依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神范围的任何修改及局部替换，但其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种多功能二次电子发射系数分析测试装置，包括真空系统、电子源系统、靶台测试系统，其特征在于：所述真空系统包括真空室、真空泵；电子源系统包括电子枪、脉冲发生器；靶台测试系统包括可伸缩旋转靶台、电流放大器、示波器；
其中，真空泵与真空室相连，安装于真空室室壁法兰上的电子枪与设于真空室外的脉冲发生器相连，可伸缩旋转靶台设于真空室内，并与位于真空室外连有示波器的电流放大器相连。
2.按照权利要求1所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：可伸缩旋转靶台由伸缩杆、旋转轴、刻度盘和靶台构成，靶台中心正对电子枪电子束出射口，伸缩杆是在真空室外的推拉手柄通过磁力耦合杆将伸缩动作传递到靶台上；旋转轴是在真空室外的电机通过磁力耦合杆将旋转动作传递到真空室内并通过齿轮机构连接到靶台，以控制靶台转动，齿轮机构上装配有刻度盘。
3.按照权利要求1所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述真空泵由机械泵和分子泵串联而成。
4.按照权利要求1所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述真空室为不锈钢球形真空室，该不锈钢球形真空室直径450mm。
5.按照权利要求4所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：设于球形真空室室壁上的法兰其轴线通过球形真空室的球心。
6.按照权利要求1所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述电子枪其电子束斑直径1-100mm独立可调，加速电压0-5000V独立可调，电子束流1nA-100uA。
7.按照权利要求1所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：所述脉冲发生器产生脉冲方波，脉宽100ns-10us独立可调的、频率1-5000Hz独立可调。
8.按照权利要求1所述多功能二次电子发射系数分析测试装置，其特征在于：在真空室室壁上设置1～10个窗口与备用法兰。
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