星用介质材料二次电子发射系数的测试方法和测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明公布了一种星用介质材料二次电子发射系数的测试方法和测试系统，包括：将至少一个星用介质材料制成的测试样品置于样品台上，使用真空系统将样品台抽真空；开启电子枪，电子枪发射单个脉冲电子束，照射放在样品台上的入射电子测试法拉第筒，通过第一微电流计测得单个脉冲电子束的入射电流强度；旋转样品台，将任一测试样品置于单个脉冲电子束辐照下，利用二次电子收集极第二微电流计测得该测试样品的二次电子发射电流；通过比较入射电流强度和二次电子发射电流，即可获得样品的二次电子发射系数。本发明提供的测试方法和系统，具有获得一次高真空后，可开展多个测试样品的二次电子发射系数测试，提高了测试效率，具有测试精度高的优点。
【专利说明】星用介质材料二次电子发射系数的测试方法和测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量领域，尤其涉及一种星用介质材料二次电子发射系数的测试方法和测试系统。
【背景技术】
[0002]材料的二次电子发射特性在工业生产和科学研究中起着重要作用。在航天器表面充放电过程中，表面介质材料二次电子发射特性决定了其充电速率和平衡电位，是影响航天器表面充放电效应的重要参数；同时材料二次电子发射特性对于高压电子管的局部带电效应，超高频管二次电子共振效应和微波部件微放电效应等研究具有重要意义。
[0003]由于介质材料的导电性差，当受到入射电子轰击时，表面将积累电荷，引起表面电位的变化，从而影响二次电子的发射。文献“谢爱根等，绝缘体二次电子发射系数测量装置的研制，《强激光与粒子束》”提出采用脉冲特性的电子束，测试了 0.8-45keV电子辐照下的M g O材料二次电子发射系数。
[0004]在材料二次电子发射系数测试过程，为了使电子枪正常工作和不影响材料的二次电子发射特性，测量过程中需要达到较高的真空度。而文献中所介绍方法的不足之处在于获取一次高真空后仅能测试一种材料的二次电子发射系数，导致测试单个样品所需要的时间较长，测试效率较低。同时文献中采用的电子枪发射电子电流较大，单个脉冲电流可达100 μ A，还会在材料表面产生一定的电荷积累，从而影响二次电子发射特性。
【发明内容】
[0005]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006]一方面，本发明提供了一种星用介质材料二次电子发射系数的测试系统，包括:
[0007]样品台，用于放置至少一个星用介质材料制成的测试样品；
[0008]真空系统，用于将所述样品台抽成真空；
[0009]电子枪，用于发射高能电子辐照测试样品；
[0010]入射电子测试法拉第筒，所述入射电子测试法拉第筒放在所述样品台上，置于所述电子枪产生的高能电子辐照下，并且与第一微电流计相连，用于测试电子枪发射的高能电子的入射电子电流强度；
[0011]二次电子收集极，放置在所述测试样品的上方且与第二微电流计相连，用于测试所述测试样品的二次电子电流强度。
[0012]另一方面，本发明还提供了以后总星用介质材料二次电子发射系数的测试方法，包括步骤:
[0013]S21:将测试样品置于样品台上，并使用真空系统将所述样品台抽真空；[0014]S22:开启电子枪，产生高能电子；
[0015]S23:所述电子枪发射单个脉冲电子束，发射的电子束照射放在所述样品台上的入射电子测试法拉第筒，通过与入射电子测试法拉第筒连接的第一微电流计测得单个脉冲电子束的入射电流强度；
[0016]S24:旋转所述样品台，将任一测试样品置于单个脉冲电子束辐照下，利用放置在测试样品上方的二次电子收集极和与所述二次电子收集极相连的第二微电流计测得该测试样品的二次电子发射电流；
[0017]S25:通过比较入射电流强度和二次电子发射电流，即可获得该能量电子发射下的被辐照测试样品的二次电子发射系数。
[0018]本发明提供的一种星用介质材料二次电子发射系数的测试方法和测试系统，利用可旋转的样品台使得脉冲电子束依次辐照不同的测试样品，从而测得介质材料二次电子发射系数，具有获得一次高真空后，可开展多个测试样品的二次电子发射系数测试等，提高了测试效率；并且，本发明采用的单个脉冲的弱电流强度电子束开展介质材料二次电子发射系数测试，从而有效降低表面带电对二次电子发射的影响，具有测试精度高的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附 图。
[0020]图1为本发明星用介质材料二次电子发射系数的测试方法示意图；
[0021]图2为本发明星用介质材料二次电子发射系数测试样品台俯视图；
[0022]图3为本发明星用介质材料二次电子发射系数测试方法流程图。
[0023]附图标记:
[0024]1-电子枪；2-电子枪控制单元；
[0025]3-入射电子测试法拉第筒；4- 二次电子收集极；
[0026]5、6、7、8、9_ 样品盒；10-样品台；
[0027]11-旋转机构；12-观测窗；
[0028]13-第一微电流计；14-第二微电流计；
[0029]15-真空系统。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0031]实施例一:
[0032]本发明提供了一种星用介质材料二次电子发射系数的测试系统，如图1所示，为测试样品台俯视图，包括:
[0033]样品台10，用于放置至少一个星用介质材料制成的测试样品；
[0034]真空系统15，用于将所述样品台10抽成真空；
[0035]电子枪1，用于发射高能电子辐照测试样品；
[0036]入射电子测试法拉第筒3，所述入射电子测试法拉第筒3放在所述样品台上，置于所述电子枪产生的高能电子辐照下，并且与第一微电流计13相连，用于测试电子枪发射的高能电子的入射电子电流强度；
[0037]二次电子收集极4，放置在所述测试样品的上方且与第二微电流计14相连，用于测试所述测试样品的二次电子电流强度。
[0038]所述样品台10上均匀放置有样品盒5、6、7、8、9，所述样品盒内放置有不同的测试样品，所述测试样品均为典型星用介质材料，分别为kapton、玻璃盖片、teflon、0SR和FR4，所述样品盒在样品台上环形均匀摆放；入射电子测试法拉第筒也放在所述样品台上，与样品盒一起在样品台上环形均匀摆放，如图2所示。
[0039]所述星用介质材料二次电子发射系数的测试系统还包括旋转机构11，所述旋转机构11与样品台10相连接，用于旋转样品台10。通过所述旋转机构可使得样品台旋转360°，可以使得不同的测试样品分别处于电子枪的电子辐照下，在测试过程中，在获得一次高真空后，只要通过旋转机构旋转样品台，将不同的测试样品分别处于电子辐照下，可以开展多个测试样品的二次电子发射系数测试，提高了测试效率。
[0040]所述测试系统还包括观测窗12，用于观察样品台旋转的位置。如图1所示，样品台上方有罩子将所述样品台封闭起来，将其抽成真空状态之后进行试验，通过观测窗12可以观察到样品位置的变化，比较方便简洁。
[0041]如图2所示，入射电子测试法拉第筒3和测试样品5-9分别放置于所述样品台上，在圆形样品台上均匀摆放，所述入射电子测试法拉第筒3放置于电子枪产生的高能电子的辐照下，并且与第一微电流计13相连。
[0042]法拉第筒是用来测量带电粒子入射强度的一种真空侦测器，测得的电流可以用来判定入射电子或离子的数量。本实施例中的入射电子测试法拉第筒用于测试电子枪发射的高能电子的入射电子的电流强度。
[0043]所述二次电子收集极4放置在测试样品的上方，所述二次电子收集极4的位置不变，通过上述旋转机构旋转样品台，将不同的测试样品转到二次电子收集极的下方，可以用来收集不同样品的二次电子电流强度。
[0044]所述二次电子收集极4还与第二微电流计14相连，将样品置于电子辐照下后，通过二次电子收集极4和第二微电流计14测得该样品的二次电子发射电流。
[0045]上述获得的入射电子的电流强度和二次电子发射电流之比即为所测材料的二次电子发射系数。
[0046]在电子枪发射高能电子辐照测试样品之前，需要通过真空系统将样品台抽成真空状态，真空度要求优于5X 10_4Pa。本实施例中将真空度保持在5X 10_4Pa以上，以便于试验获得的数据的准确性。[0047]所述系统中包括电子枪1，用于发射高能电子辐照测试样品；还包括电子枪控制单元2，用于控制所述电子枪发射电子的能量、束流强度和发射的频率。在开启电子枪I之前，需要对电子枪的相关参数进行设置，即通过所述电子枪控制单元2来设置，选取电子枪产生的入射电子能量范围为0.3-4keV，束流强度为50ηΑ-20μΑ，发射频率可为单次发射，最大发射频率为1MHz。本实施例中控制入射电子能量值为0.5keV，入射电子束流强度为ΙΟΟηΑ。
[0048]所述电子枪控制单元控制所述电子枪发射单个电子束脉冲，利用入射电子测试法拉第筒3测得单个脉冲电子束的电流强度，采用单个脉冲的弱电流强度电子束开展星用介质材料二次电子发射系数的测试，有效减低了表面带电对二次电子发射的影响，具有测试精度高的优点。
[0049]实施例二:
[0050]本发明还提供了一种星用介质材料二次电子发射系数的测试方法，包括步骤:
[0051]S21:将测试样品置于样品台上，并使用真空系统将所述测试样品台抽真空；
[0052]S22:开启电子枪，产生高能电子；
[0053]S23:所述电子枪发射单个脉冲电子束，发射的电子束照射放在所述样品台上的所述入射电子测试法拉第筒，通过与入射电子测试法拉第筒连接的第一微电流计测得单个脉冲电子束的入射电流强度；
[0054]S24:旋转所述样品台，将任一测试样品置于单个脉冲电子束辐照下，利用放置在测试样品上方的二次电子收集极和与所述二次电子收集极相连的第二微电流计测得该测试样品的二次电子发射电流；
[0055]S25:通过比较入射电流强度和二次电子发射电流，即可获得该能量电子发射下的被辐照测试样品的二次电子发射系数。
[0056]将测试样品，典型星用介质材料kapton、玻璃盖片、teflon、0SR和FR4分别放置于样品盒5-9中，并将所述样品盒放置于样品台10上，和入射电子测试法拉第筒3均匀分布在样品台上，通过旋转机构旋转样品台可以将不同的测试样品置于电子枪发射的高能电子辐照下，并且获得一次高真空后，完成对所有样品的测试，测试效率较高。
[0057]使用真空系统将所述样品台抽成真空，真空度要求优于5X 10_4Pa。
[0058]开启电子枪，调节电子枪控制单元，调节电子枪发射电子的能量、束流强度和发射的频率，本实施例中控制入射电子能量值为0.5keV，入射电子束流强度为ΙΟΟηΑ，发射频率为单个脉冲，最大发射频率为1MHz。所述入射电子测试法拉第筒放在样品台上，旋转所述样品台将入射电子测试法拉第筒置于电子辐照下，通过与入射电子测试法拉第筒3连接的第一微电流计13测得单个脉冲电子束的入射电流强度。
[0059]本发明中采用单个脉冲的弱电流强度电子束开展星用介质材料二次电子发射系数测试，从而有效降低表面带电对二次电子发射的影响，具有测试精度高的优点。
[0060]与样品台相连有旋转机构，通过旋转所述样品台，将一号测试样品kapton放置在单个脉冲电子束的辐照下，利用二次电子收集极4和微电流计14测得kapton样品的二次电子发射电流。
[0061]通过比较测得的入射电流强度和二次电子发射电流，即获得0.5keV的电子能量，IOOnA的电子束流强度下，kapton材料的二次电子发射系数。[0062]一号kapton材料测试完成之后，只要通过旋转机构旋转样品台，分别将其他样品，玻璃盖片、teflon、OSR和FR4分别 置于相同能量的电子福照下，再利用二次电子收集极4和第二微电流计14测得不同样品的二次电子发射电流即可。
[0063]然后比较入射电流强度和不同样品的二次电子发射电流，即可获得0.5keV的电子能量，IOOnA的电子束流强度下的被辐照样品的二次电子发射系数。
[0064]通过上述步骤可以获得不同样品在相同能量的电子辐照下的二次电子发射系数，随后通过电子枪控制单元调节电子枪发射电子的能量，获得同一样品的二次电子发射系数随入射电子能量的变化趋势。
[0065]所述电子枪发射电子的能量范围为0.3 — 4keV，现在通过调节电子枪控制单元，使得电子枪发射电子的能量从0.6keV变化至3.5keV,并且控制单次调节步进为0.1keV。分别将测试样品，kapton、玻璃盖片、teflon、OSR和FR4放置于不同能量的电子的福照下，重复上述步骤S21至S25，即可获得上述测试样品二次电子发射系数随入射电子能量，
0.5-3.5keV，的变化趋势。
[0066]本发明中利用可旋转的样品台使得脉冲电子束依次辐照不同样品，从而测得介质材料二次电子发射系数，在获得一次高真空的环境后，可以展开多个样品的二次电子发射系数的测试，具有测试效率高，节约资源等优点。
[0067]在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
[0068]最后应说明的是:虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
【权利要求】
1.一种星用介质材料二次电子发射系数的测试系统，其特征在于，包括: 样品台，用于放置至少一个星用介质材料制成的测试样品； 真空系统，用于将所述样品台抽成真空； 电子枪，用于发射高能电子辐照测试样品； 入射电子测试法拉第筒，所述入射电子测试法拉第筒放在所述样品台上，置于所述电子枪产生的高能电子辐照下，并且与第一微电流计相连，用于测试电子枪发射的高能电子的入射电子电流强度； 二次电子收集极，放置在所述测试样品的上方且与第二微电流计相连，用于测试所述测试样品的二次电子电流强度。
2.根据权利要求1所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试系统，其特征在于，还包括: 旋转机构，所述旋转机构与样品台相连接，用于旋转样品台； 观测窗，用于观察样品台旋转的位置。
3.根据权利要求1所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试系统，其特征在于，还包括: 电子枪控制单元，用于控制所述电子枪发射电子的能量、束流强度和发射的频率。
4.根据权利要求1所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试系统，其特征在于，所述真空系统将所述样品台抽成真空状态，真空度要求优于5 X 10_4Pa。
5.根据权利要求1所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试系统，其特征在于，所述电子枪控制单元控制所述电子枪发射电子的能量范围为0.3 — 4keV，束流强度为50ηΑ-20 μ Α,发射频率为单次发射、最大发射频率为IMHz。
6.一种星用介质材料二次电子发射系数的测试方法，其特征在于，包括步骤: 521:将至少一个星用介质材料制成的测试样品置于样品台上，并使用真空系统将所述样品台抽真空； 522:开启电子枪，产生高能电子； S23:所述电子枪发射单个脉冲电子束，发射的电子束照射放在所述样品台上的入射电子测试法拉第筒，通过与入射电子测试法拉第筒连接的第一微电流计测得单个脉冲电子束的入射电流强度； S24:旋转所述样品台，将任一测试样品置于单个脉冲电子束辐照下，利用放置在测试样品上方的二次电子收集极和与所述二次电子收集极相连的第二微电流计测得该测试样品的二次电子发射电流； S25:通过比较入射电流强度和二次电子发射电流，即可获得该能量电子发射下的被辐照的测试样品的二次电子发射系数。
7.根据权利要求6所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试方法，其特征在于，还包括: 通过旋转机构旋转样品台，分别将其他测试样品置于电子辐照下，利用二次电子收集极和第二微电流计测得不同测试样品的二次电子发射电流； 再比较入射电流强度和不同测试样品的二次电子发射电流，即可获得该能量电子发射下的被辐照的不同测试样品的二次电子发射系数。
8.根据权利要求6所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试方法，其特征在于，还包括: 通过电子枪控制单元调节电子枪发射电子的能量、束流强度和发射的频率，并且重复上述步骤S22至S25，获得测试样品二次电子发射系数随入射电子能量的变化趋势。
9.根据权利要求6所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试方法，其特征在于，所述使用真空系统将所述样品台抽真空，真空度要求优于5X 10_4Pa。
10.根据权利要求6所述的星用介质材料二次电子发射系数的测试方法，其特征在于，所述电子枪控制单元控制所述电子枪发射电子的能量范围为0.3 — 4keV，束流强度为50ηΑ-20 μ Α,发射频率 为单次发射、最大发射频率为IMHz。
【文档编号】G01N23/22GK103760181SQ201310722788
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】陈益峰, 李得天, 秦晓刚, 杨生胜, 史亮, 王俊, 柳青, 汤道坦 申请人:兰州空间技术物理研究所