二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)屬于材料特性參數(shù)的測(cè)量裝置，具體涉及一種二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]帶電粒子轟擊物體表面時(shí)，其入射能量大于材料原子的溢出閾值時(shí)將會(huì)有電子(或離子)發(fā)射出來，這一現(xiàn)象稱為次級(jí)電子發(fā)射。如果用于轟擊的入射粒子是電子，則把這一現(xiàn)象稱為二次電子發(fā)射。入射電子稱為初始電子或一次電子，從被轟擊物體發(fā)射出來的電子稱為次級(jí)電子或二次電子。當(dāng)出射二次電子數(shù)大于入射電子數(shù)時(shí)，二次電子產(chǎn)額大于1，即發(fā)射二次電子的倍增效應(yīng)。二次電子的倍增效應(yīng)是材料物理研究領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)方向。隨著環(huán)形加速器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在加速器研究領(lǐng)域，由于二次電子的倍增效應(yīng)所導(dǎo)致的現(xiàn)象日益顯著。首先，二次電子的倍增效應(yīng)在環(huán)形加速真空管道中的電子積累，最終形成高密度的電子云聚集，將嚴(yán)重影響束流品質(zhì)甚至導(dǎo)致機(jī)器不能穩(wěn)定運(yùn)行。其次，現(xiàn)代加速器中，高功率高頻腔已經(jīng)成為加速器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件，腔體內(nèi)部由于二次電子的倍增效應(yīng)會(huì)限制高頻電磁場(chǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而影響加速器高頻腔的正常運(yùn)行。此外，在真空管道中，二次電子最終將能量沉積在管道材料中，較強(qiáng)的二次電子倍增效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致真空盒上的沉積熱功率提高，特別是在超導(dǎo)環(huán)境中的真空管道中，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)加速器的失超發(fā)生，引起設(shè)備損壞。最后，二次電子強(qiáng)烈倍增會(huì)導(dǎo)致束流管道內(nèi)部的真空性能惡化，從而引起高電壓射頻設(shè)備的打火發(fā)生?；谝陨系脑颍芯慷坞娮拥陌l(fā)射機(jī)理，清楚掌握二次電子的空間性能參數(shù)，進(jìn)而提出技術(shù)措施抑制二次電子的倍增效應(yīng)，如在高頻腔上通過加偏壓的方式來抑制二次電子的倍增效應(yīng)，加速器真空盒內(nèi)壁鍍較小二次電子發(fā)射系數(shù)的薄膜材料等，在加速器的設(shè)計(jì)和建造中，意義重大。
[0003]目前國內(nèi)在二次電子的測(cè)試裝置及測(cè)試方法主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):(I)測(cè)量集中針對(duì)二次電子總的發(fā)射系數(shù)大小，即SEY(Secondary Electron Yield)，對(duì)不同材料樣品的二次電子的空間分布特性無法進(jìn)行完整的測(cè)量和分析；(2)對(duì)二次電子的能量分布沒有進(jìn)行仔細(xì)研究，尚沒有進(jìn)行能譜分布的準(zhǔn)確測(cè)量；(3)沒有對(duì)二次電子發(fā)射系數(shù)與入射束流方向之間的關(guān)系進(jìn)行深入探討；(4)無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)總量及空間分布特性測(cè)量結(jié)果之間的校驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置，可用于入射電子束在垂直入射于待測(cè)樣品表面的情況下，準(zhǔn)確測(cè)量待測(cè)樣品發(fā)射的二次電子的空間分布特性。
[0005]本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置，包括:
[0006]真空系統(tǒng)，包括真空室及用于為真空室提供和維持真空環(huán)境的真空設(shè)備；
[0007]電子束發(fā)射系統(tǒng)，其包括安裝在真空室內(nèi)、用于發(fā)射電子束的電子槍；
[0008]二次電子探測(cè)器，其固定在真空室內(nèi)，包括用于收集二次電子的側(cè)壁收集極和頂部收集極，側(cè)壁收集極和頂部收集極圍合成筒狀，側(cè)壁收集極和頂部收集極通過絕緣環(huán)隔離，電子槍貫穿頂部收集極伸入二次電子探測(cè)器內(nèi)部；
[0009]電流測(cè)量系統(tǒng)，包括分別與頂部收集極和側(cè)壁收集極連接的第一電流測(cè)量計(jì)和第二電流測(cè)量計(jì)；
[0010]樣品更換及調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括安裝在真空室外的推進(jìn)器及與之連接的樣品臺(tái)，樣品臺(tái)從二次電子探測(cè)器底部伸入其中，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)樣品臺(tái)上下移動(dòng)。
[0011]在一實(shí)施例中，所述側(cè)部收集極和頂部收集極共同圍合成一個(gè)一端開口的圓柱體。
[0012]在一實(shí)施例中，所述頂部收集極包括多個(gè)收集環(huán)，每相鄰兩個(gè)收集環(huán)之間通過絕緣環(huán)隔離。
[0013]在一實(shí)施例中，樣品臺(tái)一面用于夾持待測(cè)樣品，另一面固定法拉第筒；所述樣品更換及調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括位于真空室內(nèi)連接樣品臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)樣品臺(tái)翻轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)角度；電流測(cè)量系統(tǒng)還包括第三電流計(jì)，用于測(cè)量樣品表面或法拉第筒的電流。
[0014]在一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置通過無油蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與樣品臺(tái)連接，用于將蝸桿的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為樣品臺(tái)的垂直翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0015]在一實(shí)施例中，所述二次電子探測(cè)器的側(cè)壁收集極和頂部收集極內(nèi)側(cè)還分別固定安裝柵極和接地極，柵極、接地極、收集極之間相互絕緣；柵極上連接偏壓電源。
[0016]在一實(shí)施例中，第一電流測(cè)量計(jì)、第二電流測(cè)量計(jì)和第三電流測(cè)量計(jì)為微電流表，所述偏壓電源為可調(diào)直流電源。
[0017]在一實(shí)施例中，所述裝置還包括電位中和系統(tǒng)，用于在待測(cè)樣品為絕緣樣品時(shí)，對(duì)絕緣樣品表面的電位進(jìn)行監(jiān)測(cè)和中和。
[0018]在一實(shí)施例中，所述真空室上至少設(shè)置有一個(gè)可開視窗，用于待測(cè)樣品放置及觀察。
[0019]在一實(shí)施例中，所述真空室的前后兩面分別設(shè)置有一個(gè)可開視窗。
[0020]本實(shí)施例提供的二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置，測(cè)量裝置的二次電子探測(cè)器設(shè)置在真空室內(nèi)，包括用于收集二次電子的側(cè)部收集極和頂部收集極，側(cè)壁收集極和頂部收集極圍合成筒狀，側(cè)壁收集極和頂部收集極通過絕緣環(huán)隔離，電子槍貫穿頂部收集極伸入二次電子探測(cè)器內(nèi)部。因此，在入射電子束在垂直入射于待測(cè)樣品表面的情況下，可以準(zhǔn)確測(cè)量待測(cè)樣品發(fā)射的二次電子的空間分布特性。
【附圖說明】
[0021]圖1為本申請(qǐng)一種實(shí)施例中二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本申請(qǐng)一種實(shí)施例二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置中頂部收集極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本申請(qǐng)一種實(shí)施例中二次電子的空間分布特性測(cè)量原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]請(qǐng)參考圖1，本實(shí)施例提供了一種二次電子特性參數(shù)的測(cè)量裝置，包括:真空系統(tǒng)、電子發(fā)射系統(tǒng)、二次電子探測(cè)器、電流測(cè)量系統(tǒng)和樣品更換及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0026]真空系統(tǒng)包括真空室2和用于為真空室2提供真空環(huán)境的真空設(shè)備I。對(duì)于二次電子的檢測(cè)，必須在真空環(huán)境中進(jìn)行，因此，真空系統(tǒng)可以為二次電子特性參數(shù)的測(cè)量提供檢測(cè)環(huán)境。具體的，真空設(shè)備I可以包括由機(jī)械無油干栗、分子栗組成的分子栗機(jī)組及濺射離子栗作為真空獲得設(shè)備，由皮拉尼規(guī)和熱陰極規(guī)組成的真空測(cè)量器件，由殘余氣體分析儀的真空殘氣分析設(shè)備構(gòu)成的真空成份分析儀，及由真空針閥組成的氮?dú)獬錃庠O(shè)備。這樣的結(jié)構(gòu)具有容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，且成本較低，在二次電子特性參數(shù)的測(cè)量過程中，具有更好的操作性。
[0027]在其他實(shí)施例中，真空設(shè)備I的具體結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)，本實(shí)施例中只是提供了一種優(yōu)選的方案。
[0028]電子發(fā)射系統(tǒng)包括安裝在真空室2內(nèi)、用于發(fā)射電子束的電子槍7。電子槍7可以發(fā)射出l-2000ev的連續(xù)或脈沖電子束，束斑大小小于5_。電子發(fā)射系統(tǒng)還可以包括電子槍控制模塊8，以控制電子槍7發(fā)射的電子束的能量。電子束發(fā)射系統(tǒng)可以用于提供二次電子特性參數(shù)測(cè)量所需要的入射束流，并且，通過電子槍控