基于负偏压收集极的绝缘体二次电子发射系数测量

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材料二次电子发射特性及测量方法研究

·35·文章编号：2095－6835（2019）08－0035－05材料二次电子发射特性及测量方法研究王思展（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：当材料表面受到具有初始动能的粒子撞击时，会被激发出二次电子。

二次电子发射特性广泛应用于各个领域，而在航天领域，二次电子发射系数与在地球同步轨道运行的航天器表面带电水平息息相关。

为了更好地计算航天器表面带电电位，需要准确获取航天器表面材料的二次电子发射特性，因而二次电子发射特性研究以及二次电子发射系数测量显得尤为重要。

基于二次电子从产生之时所经历的输运、逃逸等物理过程对二次电子发射理论进行了整理，并对目前国内外二次电子发射系数的测量方法及测量手段进行了综述。

关键词：二次电子发射特性；二次电子发射系数；航天器表面带电；二次电子产额中图分类号：O462.2文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2019.08.014当有初始能量的粒子（电子或离子等）撞击到材料表面时，会从材料表面激发出电子，如果到达材料表面的电子所具有的能量足以克服材料表面的能量势垒，便可从材料表面逃逸出来，即二次电子发射现象，逃逸出来的电子称为二次电子，如图1所示。

在研究中约定，从材料表面逃逸出来的电子中，能量在50eV 以下的电子称为（真）二次电子，能量在50eV 以上的电子称为背散射电子。

二次电子发射特性可由二次电子发射系数和二次电子能谱来表征。

二次电子发射系数定义为从材料出射的电子数（流）与入射到材料表面的电子数（流）之间的比值。

二次电子发射现象自19世纪末期由Campell 发现的几十年以来，在理论研究方面及实验测量方面都有了突飞猛进的发展，而二次电子发射现象在多个领域，包括扫描电子显微镜、俄歇能谱仪等都得到了广泛的应用[1]。

在航天领域，二次电子发射系数不仅与航天器表面充电电位大小密切相关，同时还与航天微波器件的微放电效应有关[2-5]。

二次电子发射的研究和二次电子发射系数的测量

中国科学技术大学
博士学位论文
二次电子发射的研究和二次电子发射系数的测量
姓名：谢爱根
申请学位级别：博士
专业：核技术及应用
指导教师：裴元吉
20050501
中国科技大学博士学位论文
初级电子管壁电阻屡
图１－５（ａ）电子通道倍增管（ｂ）电子通道倍增板
（５）透射式二次电子发射体
透射式二次电子发射体多是半导体和绝缘体，如ＫＣｌ、ＭｇＯ和ｓｉ薄膜等都可制成透射式二次电子发射体。

以低密度的ＫＣＩ为例，其结构示于图１．６，它是在透明的Ａ１２０３（约为７００Ａ厚）基底上。

蒸镀一层７００Ａ厚的Ａｌ层作为电极，然后在低压Ａｒ气蒸积ＫＣＩ，形成２０．４０ｕｍ低密度膜。

其密度约为正常ＫＣＩ的２％。

低密度ＫＣＩ是由一些条状结晶杂乱堆积而成的多孔膜层，有较大的二次电子发射系数，如＝６０一１５０，甚至更大。

相应的Ｖ一＝６—９ＫＶ。

可用于磁聚焦的像增强器中，提高图像的亮度。

＿Ｉｒ●
低密度ＫＣＩ膜可作为摄像管的靶，如图ｌ一６所示。

当其由图像信息的光电子从左面轰击靶时，穿透较薄的Ａ１２０３和Ａｌ层进入ＫＣＩ层。

由于Ａｌ电极具有正电位，ＫＣＩ中产生的二次电子，或被Ａｌ电极收集，或被抑制栅网、场网收集，而空穴则向ＫＣＩ靶表面运动，并在靶表面建立起图。

材料二次电子发射特性及测量方法研究

材料二次电子发射特性及测量方法研究作者：王思展来源：《科技与创新》2019年第08期摘要：当材料表面受到具有初始动能的粒子撞击时，会被激发出二次电子。

二次电子发射特性广泛应用于各个领域，而在航天领域，二次电子发射系数与在地球同步轨道运行的航天器表面带电水平息息相关。

关键词：二次电子发射特性;二次电子发射系数;航天器表面带电;二次电子产额中图分类号：0462.2文献标识码：ADOI： 10.15913/ki.kjycx.2019.08.014当有初始能量的粒子（电子或离子等）撞击到材料表面时，会从材料表面激发出电子，如果到达材料表面的电子所具有的能量足以克服材料表面的能量势垒，便可从材料表面逃逸出来，即二次电子发射现象，逃逸出来的电子称为二次电子，如图1所示。

在研究中约定，从材料表面逃逸出来的电子中，能量在50 eV以下的电子称为（真）二次电子，能量在50 eV以上的电子称为背散射电子。

二次电子发射特性可由二次电子发射系数和二次电子能谱来表征。

二次电子发射系数定义为从材料出射的电子数（流）与入射到材料表面的电子数（流）之间的比值。

二次电子发射现象自19世纪末期由Campell发现的几十年以来，在理論研究方面及实验测量方面都有了突飞猛进的发展，而二次电子发射现象在多个领域，包括扫描电子显微镜、俄歇能谱仪等都得到了广泛的应用[1]。

在航天领域，二次电子发射系数不仅与航天器表面充电电位大小密切相关，同时还与航天微波器件的微放电效应有关[2-5]。

因此，有关二次电子发射现象的理论研究和二次电子发射系数的测量手段显得尤为重要。

1 二次电子发射现象理论研究二次电子发射现象最初由Campell发现，后来由Austin和Strake进行了较为深入的研究[6]，Bruining于1954年对当时的二次电子理论研究成果以及相关的测量手段进行了阶段性的总结[7]。

一种测量介质材料二次电子发射系数的方法[发明专利]

专利名称：一种测量介质材料二次电子发射系数的方法专利类型：发明专利
发明人：温凯乐,刘术林,闫保军,王玉漫
申请号：CN201910405418.3
申请日：20190516
公开号：CN110146529A
公开日：
20190820
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种测量介质材料二次电子发射系数的方法，其步骤包括：1)将待测介质材料放置在金属样品台上；将金属样品台、栅网、收集极的输出端口与采集装置输入端口连接，且金属样品台、栅网所施加电压与电子枪出射口电压相同，收集极电位高于金属样品台电位；2)调整电子枪参数，使电子束斑的照射金属样品台表面，并持续照射设定时间；3)将电子枪出射的电子能量调节至需要测试的能量，将初级电子束的照射位置调节至介质材料表面，使电子枪发射脉冲电子束，测量并计算金属样品台、栅网、收集极各通路脉冲电流I、I、I；通过公式δ＝(I+I)/(I+I+I)计算当前电子入射能量下介质材料的二次电子发射系数δ。

申请人：中国科学院高能物理研究所
地址：100049 北京市石景山区玉泉路19号乙
国籍：CN
代理机构：北京君尚知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：司立彬
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测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置及方法[发明专利]

专利名称：测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置及方法
专利类型：发明专利
发明人：王新波,苗光辉,张恒,崔万照,谢桂柏,杨晶,李韵,王瑞,张娜,孙勤奋
申请号：CN201711374694.5
申请日：20171219
公开号：CN108387597A
公开日：
20180810
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种测量低能量范围金属材料二次电子发射系数的装置及方法，其中装置包括收集极、两只电流表和电子枪；收集极为两层且开口朝下的结构，结构顶部开有预留孔；样品的上表面置于收集极内部且位于预留孔的正下方，电子枪通过预留孔将入射电子打到样品上；一只电流表记为电流表A 连接在样品与地之间；另一只电流表记为电流表B连接在收集极内表面与地之间，收集极的外表面接地。

申请人：西安空间无线电技术研究所
地址：710100 陕西省西安市西街150号
国籍：CN
代理机构：中国航天科技专利中心
代理人：庞静
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二次电子发射对质子束流测量精度的影响分析

科技信息- 147 -二次电子发射对质子束流测量精度的影响分析王海娃摘要：由于法拉第探测器所测量的质子束流精度受到二次电子发射的严重印象，因此必须降低或是彻底解决二次电子发射带来的影响，从而提升束流测量精度。

依据二次电子的相关补偿原理设计出二次电子补偿模型的同轴探测器，通过实验发现法拉第探测器在测量质子束流的强度过程中难以完成二次电子补偿。

为了能够有效改进与创新法拉第探测器的设计，在理论方面分析二次电子造成的束流测量精度的影响。

关键词：二次电子发射质子束流高能质子高能质子等相关重带电粒子在轰击金属表面过程中会形成二次电子发射，目前在二次电子相关发射机理与能源分布以及发射角分布等方面有一定研究，其中二次电子发射已经运用在许多方面，比如运用材料二次的电子发射特点设计电子倍增器与强脉冲的电子束形成设备的电子阴极等。

但是二次电子发也会对带电粒子测量造成一定影响，比如运用金属收集极完成高能质子束流的强度精确测量过程中，二次电子发射产生的电流会造成测量结果变大。

有关学者利用多种措施提升质子束流的测量精度，通过对新型探测器与降低二次电子在金属收集极相关逸出量等措施。

降低二次电子逃逸的措施可以在法拉第杯的收集极中施加高压从而控制二次电子逃逸问题，同时在收集极的前面施加电场从而使二次电子受到电场的作用后返回至收集极。

一、二次电子补偿结构原理与精度测量分析依据高速带电粒子在轰击金属时形成的二次电子发射相关理论能够知道，收集极在接收高能质子过程中，高能质子会在金属体中沉积能量时形成激发电子，一系列被激发的电子会不断向收集极的表面运动，一些电子会逃逸出表面，从而产生二次电子发射，一般情况下发射的相关二次电子来源自金属表面之下的0.5至2毫米的表层。

所有的能源是E i 质子造成二次电子中逃逸收集极的表面数目Y 是：Y=Λ＜dEidⅹ＞公式中的＜dEi/ dⅹ＞aⅹ为能源E i 质子在相关金属中的平均阻止能力，Λ为和金属材料以及其表面状态比较密切的常数[1]。

二次电子发射系数的光电测试方法研究

二次电子发射系数的光电测试方法研究杜威志;王多书;李晨;张玲;王济洲;董茂进【摘要】The method of mearsurement and study on secondary electron emission coefficient by electrons produced by electron gun limits the application with complicated implementation process and difficult acquisition of micro-flow in-cident primary electrons. Therefore an acurate measurement of secondary electron emission coefficient needs the method of obtaining incident primary electeonics by ultraviolet excitation metal zinc through high voltage power supply and elec-trometer. Respectively test stand-alone dynode with secondary electron emission coefficient and multiplier gain in electron multiplier. An acurate measurement of secondary electron emission coefficient is obtained. Study the secondary electron emission performance of magnesiumoxide(MgO)material after comparison. Hence the electron multiplier gain based on magnesium oxide emission materials are acquired.%采用电子枪产生的电子进行材料二次电子发射系数的测量与研究，该方法由于实现过程较为复杂且很难获得微小流量入射原电子等限制了其应用。

不同带电情况下介质材料二次电子发射特性研究

不同带电情况下介质材料二次电子发射特性研究陈益峰;杨生胜;李得天;秦晓刚;王俊;柳青【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2015(000)009【摘要】空间材料二次电子发射特性是决定航天器表面带电速率和充电平衡电位水平的重要参数。

本文利用1～5 keV 的脉冲电子束开展了聚酰亚胺（kapton）、玻璃盖片和光学太阳反射镜（OSR）材料的二次电子发射系数（δ）测试，并完成了介质材料表面不同充电情况下的二次电子发射特性研究。

研究结果表明，在入射电子能量为1～5 keV 范围内材料二次电子发射系数随入射电子能量上升而下降，同时当二次电子发射系数大于1时，材料表面将累积正电荷，二次电子发射系数下降，当二次电子发射系数小于1时，材料表面将累积负电荷，二次电子发射系数将增加。

【总页数】5页(P1673-1677)【作者】陈益峰;杨生胜;李得天;秦晓刚;王俊;柳青【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所空间环境材料行为及评价技术重点实验室，甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】O562.4【相关文献】1.介质材料带电对二次电子发射影响的研究 [J], 陈益峰;杨生胜;秦晓刚;柳青;史亮;孔风连;汤道坦;李存惠2.电介质材料的二次电子发射动态特性研究 [J], 张秀生;曹猛;翁明;王芳3.利用探针法研究二次电子发射过程中介质材料的表面电位 [J], 殷明;翁明;刘婉;王芳;曹猛4.基于等效电路模型的介质材料二次电子发射系数研究 [J], 宋强强; 崔万照; 杨晶5.介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响 [J], 翁明; 谢少毅; 殷明; 曹猛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
基于负偏压收集极的绝缘体二次电子发射系数测量
建立了一个主要由单把脉冲电子枪和一个二次电子收集极构成的测量装置用于室温下绝缘体二次电子发射系数的测量。

通过给收集极设定负偏压，本文提出了一种新的电荷中和方法，有效地中和了在测量过程中累积在样品表面的电荷。

采用双通道示波器对二次电子电流和样品电流进行了测量，根据相应脉冲电流的峰值确定了样品的二次电子发射系数。

成功测量了尼龙样品的二次电子发射系数与一次电子能量的关系曲线，并与文献测量结果进行了比较，结果表明本文的测量装置和测量方法简单易行。

随着微波技术的发展，越来越多的研究表明，降低材料的二次电子发射
系数δ 对于提升微波管的效率、抑制微波器件中电子倍增击穿和介质窗击穿有重要的作用，因此开展δ 的测量研究十分必要。

通常而言，导体的δ 容易测量，而绝缘体较难。

测量绝缘体δ 的关键是如何消除样品表面累积的电荷或减弱样品带电的程度。

使用一把脉冲电子枪对δ 进行测量，而另一把直流电子枪对测量过程中样品所带的正电荷进行中和是目前通常的测量方法。

此外，其它方法也有报道。

文献采用电荷补偿原理，对样品表面累积的电荷进行中和，同时探测样品表面电位直至表面电荷完全被中和。

早期有文献曾报道对样品进行加热以释放样品表面累积的电荷。

文献采用非常小的电子束电流( 小于1 nA) 进行δ 的测量，以便尽可能减弱样品的带电程度。

而文献则通过改变测量点的位置，以测量所谓无带电样品的δ。

上述测量方法，虽然有较高的测量精确度，但是存在额外的设备，如中
和电子枪、表面电位探测器、电子束偏转系统以及小电流检测系统等，使得这。