精确测量低二次电子发射系数材料最薄贡献厚度的方法

1.本发明属于材料表征领域，涉及一种精确测量低二次电子发射系数材料最薄贡献厚度的方法。


背景技术：

2.二次电子的产生是基于入射电子能量，入射角和材料的二次电子发射(see)系数。材料的二次电子发射(see)系数定义为发射的二次电子与入射在表面上的一次电子的比率。物理过程为一次电子入射到材料一定的入射深度出碰撞产生内二次电子，部分内二次电子碰撞在材料内部耗散，部分内二次电子接力碰撞表层的材料产生内二次电子，不断接力，最后逃逸出表面产生发射的二次电子。材料过薄时，测量得到的二次电子不能代表材料的二次电子发射系数；材料过厚时，在深处产生的内二次电子并不能逃逸出材料表面，不能对材料发射的二次电子有所贡献，所以材料存在一个最薄贡献厚度。不同材料产生see系数的最薄贡献厚度不一，为应对航天器微波部件和电子倍增器等器件的科研需求，需要不同材料的最薄贡献厚度进行精确测量。过去都是通过磁控溅射等方式生长薄膜然后进行粗略测试的，因一次电子的入射深度在几纳米到几十纳米之间，原子层沉积技术可以通过循环次数精确控制埃米级薄膜的厚度，近些年在研究最薄贡献厚度的问题上成为关键的技术之一。通常将不同循环次数的薄膜生长在硅衬底上，放入二次电子测试系统进行测试如图2。
3.目前的测试难点为：高see系数的材料与硅衬底的see系数区别较大，即使是易于潮解的材料，也较为容易获得最少循环次数进而获得材料的最薄贡献厚度，但低see系数的材料与硅衬底的see系数区别很小，不同循环数的材料二次电子产额差别不大，且有些易于潮解的材料，在测量过程中变得更加难以区分，无法获得最小循环次数如图3。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题，提出了一种精确测量低二次电子发射系数材料最薄贡献厚度的方法。
5.本发明的技术方案如下：一中精确测量低二次电子发射系数材料最薄贡献厚度的方法，述的方法包括如下步骤：
6.s1、首先选择比目标材料二次电子发射系数高的材料作为衬底，并超过其最薄贡献厚度；
7.s2、先将衬底放入原子层沉积设备中的反应腔室，进行不同循环次数的目标材料的沉积，制得样品；
8.s3、然后将样品放入二次电子测试系统中测量；
9.s4、获得循环数和二次电子发射产额的对应关系，确定最少循环数；
10.s5、最后在硅衬底上生长最少循环次数的目标材料，进行薄膜厚度测量。
11.进一步地，步骤1中所述的比相对目标材料二次电子发射系数高的材料作为衬底，并超过其最薄贡献厚度，例如当目标材料为cu、zno、b2o3等二次电子发射系数约为2时，超过
8nm的al2o3二次电子发射系数约为4，超过20nm的mgo二次电子发射系数约为8，此时超过20nm的mgo、超过8nm的al2o3都可以作为衬底，当目标材料为al2o3时，则可以选择超过20nm的mgo作为衬底。
12.步骤s1中所述的超过20nm的mgo，通过mg(cp)2和水蒸气反应生成，将mg(cp)2加热到50～60℃，反应腔室温度为200℃，原子层沉积技术生长一层mgo原子层的循环通气时间和顺序:mg(cp)2/n2/h2o/n2＝150ms/4s/150ms/4s，上述过程循环180次以上；
13.步骤s1中所述超过8nm的al2o3，通过三甲基铝tma和水蒸气反应生成，反应腔室温度为200℃，原子层沉积生长一层al2o3原子层的循环通气时间和顺序：tma/n2/h2o/n2＝150ms/4s/150ms/4s，上述过程循环50次以上；
14.进一步地，步骤s4中所述的最少循环数，通过获得循环次数和二次电子发射产额的对应关系图获得，邻近循环次数的二次电子发射产额差值第一次出现在0.3范围内，这两个邻近循环数中最小即可认定为最少循环次数。
15.进一步地，步骤s5中所述的薄膜厚度测量，可通过椭偏仪、膜厚仪等进行测量纳米级薄膜的厚度。
16.本发明的优点和积极效果如下：
17.1、本发明通过选择高二次电子发射系数的材料作为衬底,成功解决了精确测量低二次电子发射系数材料最薄贡献厚度问题见图4。
18.2、通过这种测试方法选择了mgo材料作为衬底，成功测量得到了低二次电子发射系数且易潮解的b2o3的最薄贡献厚度见图5。
19.3、过去需要大量制备样品进行测量求平均值，通过这种测试方法需要测量样品的数量减少到几个样品，就可以顺利寻找到低二次电子发射系数材料最薄贡献厚度的生长循环次数。
附图说明
20.图1为测试低二次电子发射系数材料的方法示意图。
21.图2为在硅衬底上生长不同循环次数的al2o3二次电子发射系数随入射电子能量的变化。
22.图3为在硅衬底上生长不同循环次数的b2o3二次电子发射系数随入射电子能量的变化。
23.图4为在硅衬底上生长315次循环的mgo，然后再生长不同循环次数的b2o3的样品的二次电子发射系数随入射电子能量的变化。
24.图5为在硅衬底上生长315次循环的mgo，然后再生长不同循环次数的b2o3。在相同入射电子能量下，二次电子发射系数随不同循环次数的b2o3的变化。
25.图6为在硅衬底上生长315次循环的mgo，然后再生长不同循环次数的al2o3。在相同入射电子能量下，二次电子发射系数随不同循环次数的al2o3的变化。
26.附图标注说明：1-目标材料；2-高see材料，3-硅衬底。
具体实施方式
27.下面将结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
28.根据本发明的一个实施例，提出一种高二次电子发射系数薄膜的制备方法，包括以下步骤：
29.s1、首先选择比b2o3的see系数高的高see材料2，mgo作为衬底。
30.s2、先将mgo衬底放入原子层沉积设备中的反应腔室，进行不同循环数的b2o3的沉积，制得样品。
31.s3、然后将样品放入二次电子测试系统中测量。
32.s4、不断重复s2和s3获得循环次数和二次电子发射产额的对应关系，确定最少循环次数。
33.s5、最后在硅衬底3上生长最少循环次数的目标材料1，进行薄膜厚度测量。
34.进一步地，步骤s1中所述的mgo，通过mg(cp)2和水蒸气反应生成，将mg(cp)2加热到50～80℃，反应腔室温度为200℃，原子层沉积技术生长一层mgo原子层的循环通气时间和顺序:mg(cp)2/n2/h2o/n2＝150ms/4s/150ms/4s，上述过程循环180次以上。
35.进一步地，步骤s2中所述的不同循环数的b2o3，通过bcl3和水蒸气反应生成，反应腔室温度为20～50℃，原子层沉积生长一层b2o3原子层的循环通气时间和顺序：bcl3/n2/h2o/n2＝150ms/4s/300ms/4s生长一层b2o3，样品一：循环1次，样品二：循环2次，样品三：循环3次，样品四：循环4次，样品五：循环5次，样品六：循环6次，样品六：循环9次；
36.进一步地，步骤s4中所述的b2o3最少循环次数为5，b2o3循环次数和二次电子发射产额的对应关系见图5，循环次数在5和9之间的二次电子发射产额差值在0.3范围内，因此认定5为b2o3最少循环次数。
37.进一步地，步骤s5中所述的进行薄膜厚度测量，通过椭偏仪进行测量拟合得到。
38.根据本发明的另一个实施例，提出一种高二次电子发射系数薄膜的制备方法，包括以下步骤：
39.s1、首先选择比al2o3的see系数高的高see材料2，mgo作为衬底。
40.s2、先将mgo衬底放入原子层沉积设备中的反应腔室，进行不同循环数的al2o3的沉积，制得样品。
41.s3、然后将样品放入二次电子测试系统中测量。
42.s4、不断重复s2和s3获得循环次数和二次电子发射产额的对应关系，确定最少循环次数。
43.s5、最后在硅衬底3上生长最少循环次数的目标材料1，进行薄膜厚度测量。
44.进一步地，步骤s1中所述的mgo，通过mg(cp)2和水蒸气反应生成，将mg(cp)2加热到50～80℃，反应腔室温度为200℃，原子层沉积技术生长一层mgo原子层的通气时间和顺序:mg(cp)2/n2/h2o/n2＝150ms/4s/150ms/4s，上述过程循环180次以上。
45.进一步地，步骤s2中所述的不同循环数的al2o3，通过tma(三甲基铝)和水蒸气反应生成，反应腔室温度为200℃，原子层沉积生长一层al2o3原子层的循环通气时间和顺序：tma/n2/h2o/n2＝150ms/4s/150ms/4s生长一层al2o3，样品一：循环3次，样品二：循环6次，样品三：循环10，样品四：循环30次，样品五：循环70次,样品六：循环100次，样品六：循环200次。
46.进一步地，步骤s4中所述的al2o3最少循环次数为50，b2o3循环次数和二次电子发射产额的对应关系见图6，循环次数在50和70之间的二次电子发射产额差值在0.3范围内，
因此认定50为al2o3最少循环次数。
47.进一步地，步骤s5中所述的进行薄膜厚度测量，通过椭偏仪进行测量拟合得到。
48.需要说明的是，本发明中的选择高二次发射系数材料作为衬底，特别是选择厚度在20nm以上的mgo对本发明的实施非常重要，是本发明的关键。
49.本发明实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。