专利名称：一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，属于空间应用技术 领域。
背景技术：
航天器充放电效应可能会产生具有瞬时高压和强电流特征的电磁脉冲，导致航天 器上的敏感电子元器件损坏及组件误动作，干扰航天器与地面的通讯，甚至造成航天器飞 行任务的失败，因此，急需开发了航天器带电分析软件，评估航天器带电状态，指导航天器 防带电设计选材。已开发的航天器带电分析软件都需要输入所分析材料的相关参数，因此带电软件 计算结果的准确度很大程度上依赖于所输入材料相关参数的准确度。二次电子发射系数是 决定航天器表面带电速率和平衡电位的重要材料特征参数，因此需要建立空间材料二次电 子发射系数的数据库，为航天器带电分析软件准确计算奠定基础。二次电子是由于一次电子碰撞材料表面，与材料发生作用，激发出的材料自身的 电子，二次电子是的能量在50ev以下的电子。背散射电子是一次电子与材料作用后反射回 来的电子，背散射电子能量在50eV以上。对于航天器表面带电情况，材料背散射电子的背 散射系数的影响程度明显弱于材料二次电子发射系数。为了准备地计算出材料表面带电的 情况，必需有效的区分材料的二次电子和背散射电子。目前已有的材料二次电子发射系数 的测试装置不能区分二次电子和背散射电子，对材料二次电子发射系数的测试存在误差。
发明内容
针对现有技术中已有的材料二次电子发射系数的测试装置不能区分二次电子和 背散射电子，对材料二次电子发射系数的测试存在误差的缺陷，本发明的目的是提供一种 区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，适用于材料二次电子发射系数和背散射系数 的测试。本发明的技术方案如下；—种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，所述装置包括光栏，法拉第筒， 电流收集极、绝缘垫、阻滞栅网和样品台。其中，光栏位于电子发射装置的电子射出口处，光 栏中间有一小孔正对电子射出方向；法拉第筒可以自由移动，对电子进行测量时位于光栏 后方，正对光栏上小孔电子射出处，测量完毕后即撤出所述装置；电流收集极、绝缘垫和阻 滞栅网共同组成一个中心有一通孔的半圆弧，电流收集极构成半圆弧的外侧，阻滞栅网构 成半圆弧的内侧，绝缘垫分别位于所述通孔的左右两侧，将左半部分电流收集极和阻滞栅 网连接起来，将右半部分电流收集极和阻滞栅网连接起来；样品台位于所述半圆弧的底部 与通孔相对处。其中，光栏上小孔的直径为1 5mm，控制通过的电子束斑大小，所述电束斑小于 样品材料的面积；绝缘垫由绝缘材料制成；光栏、电流收集极、阻滞栅网均由金属材料制成。所述电流收集极、绝缘垫和阻滞栅网共同组成的半圆弧中心的通孔直径为10 20mmo本发明一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置的工作过程如下电子发射装置发射的电子射出后穿过光栏上的小孔，被位于光栏后方正对光栏上 小孔的法拉第筒收集测量，得到一次电子的电流值；将法拉第筒撤出后，可使一次电子通过 电流收集极、绝缘垫和阻滞栅网共同组成的半圆弧中心的通孔，对放置在样品台上的样品 材料进行辐照；阻滞栅网通过引线外接电源，电流收集极通过弓丨线外接电流计，当阻滞栅网 上电压为OV时，电流计测得电流收集极上的电流值为二次电子和背散射电子的电流值之 和，当阻滞栅网上的电压为-50V时，电流计测得电流收集极上的电流为背散射电子的电流 值，用二次电子和背散射电子的电流值之和减去背散射电子的电流值后，得到二次电子的 电流值，将二次电子的电流值与一次电子的电流值进行比较，得到样品材料的二次电子发 射系数，将背散射电子的电流值与一次电子的电流值进行比较，得到样品材料的背散射系 数。本发明一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置还具有分析二次电子能 谱和背散射电子能谱的功能，通过调节阻滞栅网上的电压值，即可获得二次电子和背散射 电子各能量段的电流数据，可二次电子的能谱图和背散射电子的能谱图。有益效果1.本发明一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置具有区别材料二次电 子和背散射电子的功能，通过对阻滞栅网上加-50V电压，即可区分一次电子与材料作用后 产生的二次电子和背散射电子，解决了现有技术中已有的材料二次电子发射系数的测试装 置不能区分二次电子和背散射电子，对材料二次电子发射系数的测试存在误差的缺陷，为 建立空间材料二次电子发射系数的数据库提供更为准确的数据，为航天器带电分析软件的 准确计算奠定了基础；2.本发明一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置还具有二次电子和背 散射电子能谱分析的功能，通过调节阻滞栅网上的电压值，即可获得二次电子和背散射电 子各能量段的电流大小，最后获得二次电子和背散射电子的能谱图。
图1为本发明一种区分材料二次电子和背散射电子测试装置的结构示意图。图2为实施例中用本发明一种区分材料二次电子和背散射电子测试装置测得的 钛样品在^eV电子辐照下的二次电子发射能谱图。图中1-电子枪，2-光栏，3-法拉第筒，4-电流收集极，5-绝缘垫，6-阻滞栅网， 7-样品台。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的优选实施方式作进一步详细说明。如图1所示，一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，所述装置包括光 栏2，法拉第筒3，电流收集极4、绝缘垫5、阻滞栅网6和样品台7。其中，光栏2位于电子枪1的电子射出处，光栏2中间有一小孔正对电子射出方向；法拉第筒3可以自由移动，对电 子进行测量时位于光栏2后方，正对光栏2上小孔电子射出处，测量完毕后即通过气压阀撤 出所述装置；电流收集极4、绝缘垫5和阻滞栅6网共同组成一个中心有一通孔的半圆弧， 电流收集极4构成半圆弧的外侧，阻滞栅网6构成半圆弧的内侧，绝缘垫5分别位于所述通 孔的左右两侧，将左半部分电流收集极4和阻滞栅网6连接起来，将右半部分电流收集极4 和阻滞栅网6连接起来；样品台7位于所述半圆弧的底部与通孔相对处。其中，所述光栏2上小孔的直径为2mm，使用样品材料为直径为30mm，厚度为5mm 的钛，法拉第筒3为椎体设计，径向比为1 3，所述电流收集极4、绝缘垫5和阻滞栅网6 共同组成的半圆弧中心的通孔直径为20mm ；绝缘垫5由绝缘材料制成；光栏2由不锈钢材 料制成、电流收集极4和阻滞栅网6均由铜制成。所述装置的工作过程如下电子枪1的射出的电子为一次电子，能量为^eV,电子射出后穿过光栏2上的小 孔，被位于光栏2后方正对光栏2上小孔的法拉第筒3收集测量，得到一次电子的电流值 为30nA，然后通过气压阀将法拉第筒3撤出；拉第筒3撤出后一次电子可通过电流收集极 4、绝缘垫5和阻滞栅网6共同组成的半圆弧中心的通孔，对放置在样品台7上的钛样品进 行辐照；阻滞栅网6通过引线外接电源，电流收集极4通过引线外接电流计，当阻滞栅网6 上电压为OV时，电流计测得电流收集极4上的电流值为54. 6nA,是二次电子和背散射电子 的电流值之和，当阻滞栅网6上的电压为-50V时，电流计测得电流收集极4上的电流值为 10. 3nA，是背散射电子的电流值，用二次电子和背散射电子的电流值之和减去背散射电子 的电流值后，得到二次电子的电流值为44. 3nA，将二次电子的电流值与一次电子的电流值 进行比较，得到样品材料的二次电子发射系数为1.48，将背散射电子的电流值与一次电子 的电流值进行比较，得到样品材料的背散射系数为0. 34。调节阻滞栅网6上的电压值，每次电压调节值为0. 5V，电流收集极4可获得二次电 子各能量段的电流值数据，可得到二次电子的能谱图，如图2所示。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等 同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，其特征在于所述装置包括光栏 O)，法拉第筒⑶，电流收集极⑷、绝缘垫(5)、阻滞栅网(6)和样品台(7)；其中，光栏(2) 位于电子发射装置的电子射出口处，光栏O)中间有一小孔正对电子射出方向；法拉第筒 (3)可以自由移动，对电子进行测量时位于光栏( 后方，正对光栏( 上小孔电子射出处， 测量完毕后即撤出所述装置；电流收集极G)、绝缘垫( 和阻滞栅网(6)共同组成一个中 心有一通孔的半圆弧，电流收集极(4)构成半圆弧的外侧，阻滞栅网(6)构成半圆弧的内 侧，绝缘垫( 分别位于所述通孔的左右两侧，将左半部分电流收集极(4)和阻滞栅网(6) 连接起来，将右半部分电流收集极(4)和阻滞栅网(6)连接起来；样品台(7)位于所述半圆 弧的底部与通孔相对处；其中，光栏⑵上小孔的直径为1 5mm，控制通过的电子束斑大小，所述电束斑小于样 品材料的面积；绝缘垫(5)由绝缘材料制成；光栏O)、电流收集极G)、阻滞栅网(6)均由 金属材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，其特征在 于所述电流收集极G)、绝缘垫( 和阻滞栅网(6)共同组成的半圆弧中心的通孔直径为 10 20mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，其特 征在于所述装置具有分析二次电子能谱和背散射电子能谱的功能。
全文摘要
本发明涉及一种区分材料二次电子和背散射电子的测试装置，属于空间应用技术领域。所述装置包括光栏，法拉第筒，电流收集极、绝缘垫、阻滞栅网和样品台；光栏位于电子发射装置的电子射出口，光栏中间有一小孔；法拉第筒可以自由移动，测量电子时位于光栏后方，测量完毕后即撤出所述装置；电流收集极、绝缘垫和阻滞栅网组成中心有一通孔的半圆弧，阻滞栅网和电流收集极分别为半圆弧的内、外侧，绝缘垫分别位于所述通孔的左右两侧，将左、右部分电流收集极和阻滞栅网分别连接起来；样品台位于所述半圆弧底部与通孔相对处。所述装置可区分一次电子与材料作用后产生的二次电子和背散射电子，还有分析二次电子和背散射电子能谱的功能。
文档编号G01N23/203GK102109477SQ201010617890
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者李存惠, 柳青, 陈益峰 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所