一种含有嵌套的微陷阱结构的薄膜及其制备方法与流程

1.本发明属于二次电子发射抑制技术领域，特别涉及一种含有嵌套的微陷阱结构的薄膜及其制备方法。


背景技术：

2.我国的航天器有效载荷急需向着集成化和大功率化方向发展，然而，在恶劣的空间环境中，与此同时也会导致空间一些特殊效应的加剧。空间大功率微波部件的微放电效应就是首当其冲的问题。空间微放电效应也称二次电子倍增效应，是指大功率微波部件在1
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3pa或更低气压下，传输大功率微波信号时产生的谐振放电现象。微放电效应是影响航空航天电子设备可靠性的一个十分重要的因素，由于空间电子设备的高速更新换代发展，如何有效的抑制二次电子倍增已经成为制约空间通信技术发展的瓶颈问题。二次电子倍增效应可导致微波传输系统的驻波比逐渐增大，反射功率增加，噪声电平抬高，致使大功率微波系统不能正常工作；微放电还会引起腔内调谐、参数耦合、波导损耗和相位常数等的波动，产生谐波而引起带外干扰和无源互调产物，并对部件表面产生侵蚀等。
3.目前对于二次电子发射的抑制方式，大部分都是通过改变表面形貌来减小sey(secondary electron yield，二次电子产额)，进而实现抑制微放电效应。近年来，欧洲太空局持续进行了多个项目对表面形貌的控制技术进行了深入而系统的研究，主要的研究内容是各种能够有效抑制二次电子倍增效应的表面处理技术，包括反电子倍增涂层、化学腐蚀、构筑沟槽结构等。然而，单一改变材料表面形貌的方式，对材料本身性能有着不可忽略的影响，虽然在二次电子的抑制上起到了一定作用，但是在别的方面影响了设备性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种含有嵌套的微陷阱结构的薄膜及其制备方法，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种含有嵌套的微陷阱结构的薄膜，包括下层材料薄膜、上层材料薄膜和基底；下层材料薄膜设置在基底上，上层材料薄膜设置在下层材料薄膜上；下层材料薄膜原子间隙小于上层材料薄膜的原子间隙，下层材料薄膜的原子间隙嵌套进上层材料薄膜的原子间隙，形成嵌套的微陷阱结构。
7.进一步的，下层材料薄膜和上层材料薄膜为：c、ag或pb，上下两层薄膜材料在生长过程发生嵌套式结构。
8.进一步的，基底为si、al、ag、cu、au、fe、co、ni或铝合金镀银基片。
9.进一步的，一种含有嵌套的微陷阱结构的薄膜的制备方法，包括以下步骤：
10.步骤1：清洗基底；
11.步骤2：将清洗后的基底固定在磁控溅射的托盘上，送入磁控溅射腔内，抽真空至5*10
‑4pa以下；
12.步骤3：在氩气氛围下生长下层材料薄膜；
13.步骤4：生长完下层材料薄膜后，继续生长上层材料薄膜。
14.进一步的，基底清洗：对基底利用异丙醇和去离子水进行表面清洗，用n2吹干。
15.进一步的，基底的固定方式为用kapton胶带固定。
16.进一步的，步骤3中，给腔内通氩气，氩气压强为1pa，氩气流量为25sccm，用10w的功率生长下层材料薄膜，生长20s。
17.进一步的，步骤4中，将功率提高至60w，继续用60w的功率生长上层材料薄膜，生长20s。
18.与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
19.本发明利用磁控溅射技术生长具有嵌套的微陷阱结构的薄膜，实现了在不需要改变材料自身结构和影响材料自身性能的前提下，运用镀膜的方式，通过控制溅射功率进而形成上下两层密度不同的薄膜，下层薄膜溅射功率小，材料密度大，原子间距小，原子间存在小空隙；而上层薄膜溅射功率大，材料密度小，原子间距较大，原子之间存在大空隙，上下两层的大小空隙组成嵌套的微陷阱结构。既不影响器件自身材料表面形貌及其性能，又能够沿用传统改变表面形貌的高二次电子抑制率的优点。
20.本发明利用控制镀膜功率来制造出两层密度大小不同的薄膜，将镀膜法和表面形貌法进行结合。由于两层材料密度不同，其原子间间距也不同，上层材料为原子间距大的材料，其原子间有相对对较大的空隙，下层材料为原子间距小的材料，其原子间有小空隙，大空隙和小空隙形成嵌套的微陷阱结构，如此，逸出材料表面的二次电子，能量较小的电子在小空隙中进行类似漫反射一般的能量消耗，当能量小于镀膜材料的表面逸出功时，就起到了抑制作用；能量较大的电子，无法在小空隙里消耗完的会打出小空隙进入大空隙中，进行新一轮的能量消耗。在小空隙和大空隙组成的嵌套微陷阱结构中，大部分电子能量经两轮消耗后，能量降低至低于镀膜材料的表面逸出功，达到了将二次电子发射系数大幅降低的目的。
附图说明
21.图1是此结构宏观结构的主视图。、
22.图2是上层材料薄膜和下层材料薄膜界面处微观结构主视图。
23.图3是上层材料薄膜和下层材料薄膜界面处大空隙和小空隙组成的嵌套式微陷阱结构的示意图。
24.图4是上层材料薄膜和下层材料薄膜界面处大空隙和小空隙组成的嵌套式微陷阱结构的示意图的俯视图。
25.图5是逸出材料表面的二次电子在陷阱结构中的能量消耗过程。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明进一步说明：
27.请参阅图1至图5，一种含有嵌套的微陷阱结构的薄膜及其制备方法，利用磁控溅射技术，制得的含有嵌套的微陷阱结构的薄膜。
28.包括以下步骤：
29.步骤1：清洗，对一个基片利用异丙醇和去离子水进行表面清洗，用n2吹干。
30.步骤2：用kapton胶带将基片在磁控溅射的托盘上，送入腔内，抽真空至5*10
‑4pa以下。
31.步骤3：给腔内通氩气，氩气压强为1pa，氩气流量为25sccm，用10w的功率生长下层材料薄膜，生长20s。
32.步骤4：生长完下层材料薄膜后，将功率提高至60w，继续用60w的功率生长上层材料薄膜，生长20s。
33.进一步的，上述步骤中的基片可以是：si，al，ag，cu，au，fe，co，ni等材料。
34.进一步的，上述步骤中的上层材料和下层材料可以是：c，ag，pb等二次电子发射系数较低的材料。
35.实施实例：
36.为得到高质量的具有嵌套的微陷阱结构的二次电子抑制薄膜，我们选用c材料做下层材料薄膜，用ag材料作为上层材料薄膜，之所以选择这两种材料，是由于c的原子半径较小，形成薄膜时共价半径也较小，而ag原子相对c原子，其原子半径较大，形成薄膜时共价半径也较大，这样在镀膜时更容易制得原子间隙较小的下层材料薄膜和原子间隙较大的上层材料薄膜，形成的嵌套的为陷阱结构质量更高。基片我们选取空间微波材料常用的铝合金镀银材料。
37.一种含有嵌套的微陷阱结构的薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
38.步骤1：清洗，对一个铝合金镀银基片利用异丙醇和去离子水进行超声表面清洗，之后用n2吹干。
39.步骤2：用镊子夹取洗净的基片，用kapton胶带将基片在磁控溅射的托盘上，送入腔内，抽真空至5*10
‑4pa以下。
40.步骤3：给腔内通氩气，氩气压强为1pa，氩气流量为25sccm，用10w的功率生长c，作为下层材料薄膜，生长20s。
41.步骤4：生长完下层材料薄膜后，将功率提高至60w，继续用60w的功率生长ag，作为上层材料薄膜，生长20s。
42.利用控制镀膜功率来制造出两层密度大小不同的薄膜，将镀膜法和表面形貌法进行结合。由于两层材料密度不同，其原子间间距也不同，上层材料为原子间距大的材料，其原子间有相对对较大的空隙，下层材料为原子间距小的材料，其原子间有小空隙，大空隙和小空隙形成嵌套的微陷阱结构，如此，逸出材料表面的二次电子，能量较小的电子在小空隙中进行类似漫反射一般的能量消耗，当能量小于镀膜材料的表面逸出功时，就起到了抑制作用；能量较大的电子，无法在小空隙里消耗完的会打出小空隙进入大空隙中，进行新一轮的能量消耗。在小空隙和大空隙组成的嵌套微陷阱结构中，大部分电子能量经两轮消耗后，能量降低至低于镀膜材料的表面逸出功，达到了将二次电子发射系数大幅降低的目的。