二次电子特性参数的测量装置和方法
【技术领域】
[0001]本申请的技术方案属于材料特性参数的测量装置及方法技术领域，具体是涉及一种二次电子特性参数的测量装置和方法。
【背景技术】
[0002]带电粒子轰击物体表面时，其入射能量大于材料原子的溢出阈值时将会有电子(或离子)发射出来，这一现象称为次级电子发射。如果用于轰击的入射粒子是电子，则把这一现象称为二次电子发射。入射电子称为原初电子或一次电子，从被轰击物体发射出来的电子称为次级电子或二次电子。当出射的二次电子数量大于入射电子数量时，则二次电子产额大于1，即发生二次电子的倍增效应。二次电子的倍增效应是材料物理研究领域的一个重点方向。随着环形加速器技术的发展和应用，在加速器研究领域，由于二次电子的倍增效应所导致的现象日益显著。首先，二次电子的倍增效应在环形加速真空管道中的电子积累，最终形成高密度的电子云聚集，将严重影响束流品质甚至导致机器不能稳定运行；其次，现代加速器中，高功率高频腔已经成为整个加速器装置中的关键部件，由腔体内部的二次电子倍增效应将限制高频腔内的电磁场状态，进而影响加速器高频腔的正常运行；此夕卜，在真空管道中，二次电子最终会将能量沉积在管道壁中，较强的二次电子倍增效应会导致真空管壁上的沉积热功率提高，特别是在超导环境中使用的真空管道，该二次电子倍增的热量沉积会导致整个加速器的失超发生，因而引起设备损坏；最后，二次电子强烈倍增还会导致束流管道内部的真空性能急剧恶化，从而引起高压设备打火和击穿。基于以上的原因，研究不同材质的二次电子发射机理，清楚掌握二次电子的空间性能参数，进而提出技术措施以抑制二次电子的倍增效应，如在高频腔上通过加偏压的方式来抑制二次电子的倍增效应，通过加速器真空管道内壁镀较小二次电子发射系数的薄膜材料等，在加速器的设计和建造中，意义重大。
[0003]目前国内在二次电子的测试装置及测试方法主要集中在以下几个方面:(I)测量集中针对二次电子的总发射系数大小，即SEY(Secondary Electron Yield)，对不同材料样品的二次电子的空间分布特性无法进行完整的测量和分析；(2)对二次电子的能量分布没有进行过仔细研究，尚没有进行能谱分布的准确测量结果和装置；(3)尚未对二次电子发射系数与入射束流方向之间的关系进行深入实验测量和探讨；(4)无法同时实现总量及空间分布特性测量结果之间的校验。
【发明内容】
[0004]本申请的目的就是提供了一种二次电子特性参数的测量装置和方法，可用于入射电子束在垂直入射于待测样品表面的情况下，准确测量待测样品发射的二次电子的空间分布特性、能谱分布特性、二次电子总发射系数及入射束流方向与二次电子产额之间的关系。
[0005]为实现上述各项发明目的，本申请采用的技术方案为:一种二次电子特性参数的测量装置，包括:
[0006]真空系统，包括真空室及用于为真空室提供和维持真空环境的真空设备；
[0007]电子束发射系统，其包括安装在真空室内、用于发射电子束的电子枪；
[0008]二次电子探测器，其固定在真空室内，包括用于收集二次电子的侧壁收集极和顶部收集极，侧壁收集极和顶部收集极围合成筒状，侧壁收集极和顶部收集极通过绝缘环隔离，电子枪贯穿顶部收集极伸入二次电子探测器内部；
[0009]电流测量系统，包括分别与顶部收集极和侧壁收集极连接的第一电流测量计和第二电流测量计；
[0010]样品更换及调节系统，包括安装在真空室外的推进器及与之连接的样品台，样品台从二次电子探测器底部伸入其中，推进器驱动样品台上下移动。
[0011]本发明申请的另一目的是提出一种全面测量二次电子特性参数的方法。为实现该目的，本申请公开了一种采用上述二次电子测量装置实现二次电子特性参数测量的方法，该方法步骤包括:
[0012](I)将待测样品装载于样品台上；
[0013](2)由真空系统为真空室提供真空环境；
[0014](3)开启电子枪；
[0015](4)通过推进器将样品台推进到预设位置；
[0016](5)分别通过顶部收集极和侧壁收集极读取电流数据；
[0017](6)通过推进器将样品台推进至下一位置，重复第(5)步操作；
[0018](7)根据每次样品台的位置及侧壁收集极的电流读数确定二次电子的空间分布特性。
[0019]本申请公开的二次电子特性参数的测量装置和方法中，测量装置的二次电子探测器设置在真空室内，包括用于收集二次电子的侧壁收集极和顶部收集极，侧壁收集极和顶部收集极围合成筒状，侧壁收集极和顶部收集极通过绝缘环隔离，电子枪贯穿顶部收集极伸入二次电子探测器内部。因此，在入射电子束在垂直入射于待测样品表面的情况下，可以准确测量待测样品发射的二次电子的空间分布特性。
【附图说明】
[0020]图1为本申请一种实施例中二次电子特性参数的测量装置的结构示意图；
[0021]图2为本申请一种实施例中二次电子的空间分布特性测量原理示意图；
[0022]图3为本申请一种实施例中二次电子特性参数的测量方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0023]为便于本发明技术方案的理解，下面通过【具体实施方式】结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0024]参考附图1，本实施例中提供了一种二次电子特性参数的测量装置，包括:真空系统、电子束发射系统、二次电子探测器、电流测量系统和样品更换及调节系统。
[0025]真空系统包括真空室2和用于为真空室2提供真空环境的真空设备I。由于二次电子的检测，必须在真空环境中进行，因此，真空系统可以为二次电子特性参数的测量提供检测环境。具体的，真空设备I可以包括由机械无油干栗、分子栗组成的分子栗机组及溅射离子栗作为真空获得设备，由皮拉尼规和热阴极规组成的真空测量器件，由残余气体分析仪的真空残气分析设备构成的真空成份分析仪，及由真空针阀组成的氮气充气设备。这样的结构具备结构简单、实现方便的优点，且成本较低，在二次电子特性参数的测量过程中，同时具有灵活的操作性。
[0026]在其他实施例中，真空设备I的具体结构可以根据实际需求设计，本实施例中只是提供了一种优选的设计方案。
[0027]电子束发射系统包括安装在真空室2内部实现电子束发射的电子枪7。电子枪7可以发射出l-2000ev的连续或脉冲电子束，束斑大小小于5_。电子束发射系统还可以包括电子枪控制模块8，以控制电子枪7发射的电子束的能量、方向、流强等参数。电子束发射系统可以用于提供二次电子特性参数测量所需要的入射束流，通过电子枪控制模块8更灵活地满足不同条件的测量需求。
[0028]二次电子探测器固定在真空室内，包括用于收集二次电子的侧壁收集极5和顶部收集极21，侧壁收集极和顶部收集极围合成筒状，侧壁收集极和顶部收集极通过绝缘环隔离，电子枪贯穿顶部收集极伸入二次电子探测器内部。