一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台的制作方法

本实用新型涉及介质材料二次电子发射系数测测量技术领域，特别是涉及一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台。

背景技术：

具有一定能量的电子束轰击固体材料时，材料表面会发射出电子，这种现象称为固体材料的二次电子发射现象。材料表面发射出的二次电子与初始入射电子的数目比称为二次电子发射系数，它是材料的一种特征表面参数，可以通过测定入射电子流强和二次电子流强的方法计算得到。

由于介质材料不导电，样品表面发射二次电子后表面产生的剩余电荷会对后续的二次电子发射过程产生影响，因此在测量介质材料的二次电子发射系数时，只能使用脉冲电子束而不能使用直流电子束，同时为了降低单次脉冲电子束入射引起的表面电荷积累量，需要入射电子束脉冲宽度与流强越小越好。并且，由于介质材料不导电，入射电子流强不能通过靶电流与二次电子电流相加的方式计算得到，测试时得先将入射脉冲电子束打到法拉第筒内来测定入射电子信号流强，再在相同入射电子能量与流强下将入射脉冲电子束打到被测样品上来测定二次电子信号流强。

进一步优化介质材料二次电子发射系数测试设备的结构设计，以提高介质材料二次电子发射系数的测量准确度，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述提出的进一步优化介质材料二次电子发射系数测试设备的结构设计，以提高介质材料二次电子发射系数的测量准确度，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题的问题，本实用新型提供了一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台，该样品测试载台可以方便准确地测定入射脉冲电子信号，降低被测信号受到的干扰，从而提高介质材料二次电子发射系数的测量准确度。

本方案的技术手段如下，一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台，包括载台本体，所述载台本体包括样品安装段、绝缘段及连接段，所述样品安装段与连接段通过绝缘段串联，且所述绝缘段作为样品安装段与连接段之间的绝缘部件；

还包括设置在样品安装段上的法拉第筒。

现有技术中，针对介质材料二次电子发射系数测量，如申请号为201210461824.X的发明专利所提供的技术方案所示，由于法拉第筒、二次电子收集环、样品架三者是独立的，故为适应测试，现有技术中的二次电子收集器如以上发明专利所提供的所示，一般呈平板状、环状、桶状或碗状。同时，由于脉冲电子束打到被测样品上后，虽然所发射的绝大部分电子沿着特定方向运动，但对样品表面所发射出的全部电子而言，电子在空间中的运动方向沿着各个方向的，故现有二次电子收集器实际在工作时，仅能收集到绝大部分电子，这就造成了所测定的二次电子信号流强与实际流强之间存在差值。

同时，现有技术中二次电子收集器的形状也造成了其在空间内并不能完全屏蔽空间辐射耦合噪声对被测信号产生的干扰。

如以上所述，现有技术中的介质材料二次电子发射系数测量存在准确度较差的问题。

本方案中，所述样品安装段用于安装待测的介质材料，所述连接段作为测试载台上用于与真空动平台的连接件，以上真空动平台即为用于驱动测试载台在真空空间内运动的驱动部件，为利于测试的准确性，以上真空动平台、连接段在测试过程中需要接地，故设置为包括以上绝缘段，以上绝缘段作为样品安装段与连接段之间的绝缘部件，这样，通过连接在样品安装段上的被测信号引出线即可获得测试数据。

本方案中，通过设置为所述样品安装段上还包括法拉第筒，这样，相较于现有技术，本方案中，法拉第筒与样品架为一体式结构，这样，在进行二次电子发射系数测量时，可采用呈球形的二次电子收集器，即通过将呈球形的二次电子收集器安装于为真空腔的测试腔中，由于法拉第筒与样品安装段为一体式结构，这样，可通过在呈球形的二次电子收集器上开设通孔的形式，通过所述通孔，将法拉第筒与样品安装段均置入二次电子收集器的内部，通过呈球状的二次电子收集器，不仅能够通过二次电子收集器收集到全空间所有的二次电子，同时能够通过二次电子收集器更有效的屏蔽空间辐射耦合噪声对被测信号产生的干扰。

故以上方案提供了一种能够适用于呈球形的二次电子收集器的样品测试载台，采用本样品测试载台，可准确地测定入射脉冲电子信号，降低被测信号受到的干扰，从而提高介质材料二次电子发射系数的测量准确度。同时，由于法拉第筒与样品安装段为一体式结构，故采用本方案还可有效提高二次电子发射系数测量时的便捷性。

作为本领域技术人员，以上绝缘段亦作为本样品测试载台与二次电子收集器之间的绝缘部件，故在设置所述绝缘段时，优选设置为绝缘段的外侧相对于样品安装段的外侧平齐或外凸。

更进一步的技术方案为：

作为法拉第筒的具体实现方式，设置为：所述法拉第筒为开设在样品安装段上的孔道。作为本领域技术人员，采用本方案时样品安装段为导体材料，所述法拉第筒为钻制在样品安装段上的孔道即可。同时，作为本领域技术人员，以上法拉第筒亦可为固定于样品安装段上的独立部件，但采用以上孔道方案具有整体方案结构简单，便于设置、制备等特点。

作为法拉第筒的具体实现方式，所述法拉第筒为深宽比大于4，且底部具有圆锥形顶尖的条形孔。本方案中，以上深宽比即为法拉第筒的深度与宽度比，采用本方案，法拉第筒底部反射的电子可较大程度或全部入射到法拉第筒的侧壁上，这样可以有效地防止打入法拉第筒内部的入射电子及其产生的二次电子逃出法拉第筒，从而达到提高测试精度的目的。作为本领域技术人员，以上法拉第筒的截面形状为任何形状均可，但作为一种便于加工的方案，设置为所述条形孔截面呈圆形。

由于在二次电子发射系数测量过程中，需要样品与法拉第筒的开口端均正对电子枪的发射端，为使得整个测量过程的操作更为简便，设置为：还包括设置在载台本体上的样品安装部，所述法拉第筒的轴线与样品安装部上样品支撑面呈垂直关系，且法拉第筒的轴线位于所述样品支撑面的中央。本方案中，所述样品安装部用于安装待测的样品，通过设置为法拉第筒的轴线与样品安装部上样品支撑面呈垂直关系，且法拉第筒的轴线位于所述样品支撑面的中央，这样，本方案在使用时，将入射脉冲电子束打到法拉第筒内来测定入射电子信号流强，将样品安装在样品支撑面的中部再在相同入射电子能量与流强下将入射脉冲电子束打到被测样品上来测定二次电子信号流强，整个过程中只需要保证法拉第筒的轴线与电子枪的发射端轴线共线即可。

如上所述，由于本方案在使用时需要将具有法拉第筒的样品安装段置入呈球形的二次电子收集器内部，故作为载台本体的具体实现方式，设置为：所述载台本体呈柱状结构，由载台本体的顶端至底端依次为：样品安装段、绝缘段、连接段，所述样品安装部位于样品安装段的顶部。设置为所述样品安装部位于样品安装段的顶部，便于实现：在本样品测试载台工作所需要的真空腔侧面再设置一个用于样品测试前表面烘烤的真空腔，两真空腔通过阀板隔离，完成表面烘烤预处理且冷却后的样品由处理用真空腔进入测试用真空腔若为直角坐标系中的X轴方向，则相应的电子枪的发射端朝向、法拉第筒轴线设置为Y轴方向且所述发射端的轴线与所述Y轴的轴线共线即可，这样，不仅方便通过相应的如磁力杆等部件转运样品至样品安装段的顶部，且完成所述转运后，仅需改变样品在所述发射端轴线上的位置，即可利用本样品测试载台直接完成所需测试。

作为样品安装部的具体实现方式，所述样品安装部为设置在样品安装段顶部的插槽，还包括呈片状的样品托盘，所述样品托盘通过嵌入所述插槽安装于样品安装段上，所述样品托盘上还固定有多个样品压片。采用本方案，可通过所述样品托盘实现样品在预处理用真空腔至测试用真空腔之间的转运，同时在样品尺寸不同，样品加热炉及样品安装段上用于约束样品的部件或空间尺寸一定时，亦可通过所述样品托盘实现样品在加热炉中、样品安装段上的可靠固定。以上样品压片用于约束样品在样品托盘上的位置，这样，在样品被固定于样品托盘特定位置后，样品托盘与插槽配合就位后，即可保证样品位于样品安装段的特定位置以使得样品对应电子枪发射端的位置。

作为一种可实现可靠绝缘，且尺寸、形状易于加工的绝缘段的具体实现方式，所述绝缘段为陶瓷座。

作为连接段的具体实现方式，所述连接段包括载台基座、接线座及载台连接件，所述接线座与载台连接件均固定于载台基座上，绝缘段在连接段上的固定点位于载台基座上。本方案中，所述载台基座作为接线座、载台连接件两者与绝缘段的中间连接件，所述接线座作为本方案上的接线部，所述载台连接件作为本方案与真空动平台的连接件。

所述接线座内还设置有空腔。本方案中，所述空腔作为在需要时，用于电阻、电感元件的安装腔，如视测试需求在该空腔内接入电阻、电感元件对样品测试载台和50Ω同轴信号传输电缆进行阻抗匹配，减小短脉冲信号测试波形的失真。

如上所述，由于本方案在工作时需要在真空环境进行，为避免上述空腔形成放气源而影响测试真空环境的真空度，设置为：还包括设置在接线座、绝缘段、载台基座、载台连接件任意一者上的真空抽气孔，所述真空抽气孔作为所述空腔与载台本体外界的均压通道。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案中，通过设置为所述样品安装段上还包括法拉第筒，这样，相较于现有技术，本方案中，法拉第筒与样品架为一体式结构，这样，在进行二次电子发射系数测量时，可采用呈球形的二次电子收集器，即通过将呈球形的二次电子收集器安装于为真空腔的测试腔中，由于法拉第筒与样品安装段为一体式结构，这样，可通过在呈球形的二次电子收集器上开设通孔的形式，通过所述通孔，将法拉第筒与样品安装段均置入二次电子收集器的内部，通过呈球状的二次电子收集器，不仅能够通过二次电子收集器收集到全空间所有的二次电子，同时能够通过二次电子收集器更有效的屏蔽空间辐射耦合噪声对被测信号产生的干扰。

故本方案提供了一种能够适用于呈球形的二次电子收集器的样品测试载台，采用本样品测试载台，可准确地测定入射脉冲电子信号，降低被测信号受到的干扰，从而提高介质材料二次电子发射系数的测量准确度。同时，由于法拉第筒与样品安装段为一体式结构，故采用本方案还可有效提高二次电子发射系数测量时的便捷性。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台一个具体实施例的立体结构示意图；

图2是本实用新型所述的一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台一个具体实施例的俯视图；

图3是本实用新型所述的一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台一个具体实施例的剖视图，该剖视图为图2所示沿着A-A方向的剖视图；

图4是本实用新型所述的一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台一个具体实施例在运用时与二次电子收集器的配合关系示意图。

图中的附图标记分别为：1、样品托盘，2、样品压片，3、样品安装段，4、绝缘段，5、载台基座，6、载台连接件，7、接线座，8、真空抽气孔，9、电子枪，10、电子枪插入导管，11、二次电子收集器，12、载台本体，13、法拉第筒。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1至图3所示，一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台，包括载台本体12，所述载台本体12包括样品安装段3、绝缘段4及连接段，所述样品安装段3与连接段通过绝缘段4串联，且所述绝缘段4作为样品安装段3与连接段之间的绝缘部件；

还包括设置在样品安装段3上的法拉第筒13。

现有技术中，针对介质材料二次电子发射系数测量，如申请号为201210461824.X的发明专利所提供的技术方案所示，由于法拉第筒13、二次电子收集环、样品架三者是独立的，故为适应测试，现有技术中的二次电子收集器11如以上发明专利所提供的所示，一般呈平板状、环状、桶状或碗状。同时，由于脉冲电子束打到被测样品上后，虽然所发射的绝大部分电子沿着特定方向运动，但对样品表面所发射出的全部电子而言，电子在空间中的运动方向沿着各个方向的，故现有二次电子收集器11实际在工作时，仅能收集到绝大部分电子，这就造成了所测定的二次电子信号流强与实际流强之间存在差值。

同时，现有技术中二次电子收集器11的形状也造成了其在空间内并不能完全屏蔽空间辐射耦合噪声对被测信号产生的干扰。

如以上所述，现有技术中的介质材料二次电子发射系数测量存在准确度较差的问题。

本方案中，所述样品安装段3用于安装待测的介质材料，所述连接段作为测试载台上用于与真空动平台的连接件，以上真空动平台即为用于驱动测试载台在真空空间内运动的驱动部件，为利于测试的准确性，以上真空动平台、连接段在测试过程中需要接地，故设置为包括以上绝缘段4，以上绝缘段4作为样品安装段3与连接段之间的绝缘部件，这样，通过连接在样品安装段3上的被测信号引出线即可获得测试数据。

本方案中，通过设置为所述样品安装段3上还包括法拉第筒13，这样，相较于现有技术，本方案中，法拉第筒13与样品架为一体式结构，这样，在进行二次电子发射系数测量时，可采用呈球形的二次电子收集器11，即通过将呈球形的二次电子收集器11安装于为真空腔的测试腔中，由于法拉第筒13与样品安装段3为一体式结构，这样，可通过在呈球形的二次电子收集器11上开设通孔的形式，通过所述通孔，将法拉第筒13与样品安装段3均置入二次电子收集器11的内部，通过呈球状的二次电子收集器11，不仅能够通过二次电子收集器11收集到全空间所有的二次电子，同时能够通过二次电子收集器11更有效的屏蔽空间辐射耦合噪声对被测信号产生的干扰。

故以上方案提供了一种能够适用于呈球形的二次电子收集器11的样品测试载台，采用本样品测试载台，可准确地测定入射脉冲电子信号，降低被测信号受到的干扰，从而提高介质材料二次电子发射系数的测量准确度。同时，由于法拉第筒13与样品安装段3为一体式结构，故采用本方案还可有效提高二次电子发射系数测量时的便捷性。

作为本领域技术人员，以上绝缘段4亦作为本样品测试载台与二次电子收集器11之间的绝缘部件，故在设置所述绝缘段4时，优选设置为绝缘段4的外侧相对于样品安装段3的外侧平齐或外凸。

实施例2：

如图1至图3所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为法拉第筒13的具体实现方式，设置为：所述法拉第筒13为开设在样品安装段3上的孔道。作为本领域技术人员，采用本方案时样品安装段3为导体材料，所述法拉第筒13为钻制在样品安装段3上的孔道即可。同时，作为本领域技术人员，以上法拉第筒13亦可为固定于样品安装段3上的独立部件，但采用以上孔道方案具有整体方案结构简单，便于设置、制备等特点。

作为法拉第筒13的具体实现方式，所述法拉第筒13为深宽比大于4，且底部具有圆锥形顶尖的条形孔。本方案中，以上深宽比即为法拉第筒13的深度与宽度比，采用本方案，法拉第筒13底部反射的电子可较大程度或全部入射到法拉第筒13的侧壁上，这样可以有效地防止打入法拉第筒13内部的入射电子及其产生的二次电子逃出法拉第筒13，从而达到提高测试精度的目的。作为本领域技术人员，以上法拉第筒13的截面形状为任何形状均可，但作为一种便于加工的方案，设置为所述条形孔截面呈圆形。

由于在二次电子发射系数测量过程中，需要样品与法拉第筒13的开口端均正对电子枪9的发射端，为使得整个测量过程的操作更为简便，设置为：还包括设置在载台本体12上的样品安装部，所述法拉第筒13的轴线与样品安装部上样品支撑面呈垂直关系，且法拉第筒13的轴线位于所述样品支撑面的中央。本方案中，所述样品安装部用于安装待测的样品，通过设置为法拉第筒13的轴线与样品安装部上样品支撑面呈垂直关系，且法拉第筒13的轴线位于所述样品支撑面的中央，这样，本方案在使用时，将入射脉冲电子束打到法拉第筒13内来测定入射电子信号流强，将样品安装在样品支撑面的中部再在相同入射电子能量与流强下将入射脉冲电子束打到被测样品上来测定二次电子信号流强，整个过程中只需要保证法拉第筒13的轴线与电子枪9的发射端轴线共线即可。

如上所述，由于本方案在使用时需要将具有法拉第筒13的样品安装段3置入呈球形的二次电子收集器11内部，故作为载台本体12的具体实现方式，设置为：所述载台本体12呈柱状结构，由载台本体12的顶端至底端依次为：样品安装段3、绝缘段4、连接段，所述样品安装部位于样品安装段3的顶部。设置为所述样品安装部位于样品安装段3的顶部，便于实现：在本样品测试载台工作所需要的真空腔侧面再设置一个用于样品测试前表面烘烤的真空腔，两真空腔通过阀板隔离，完成表面烘烤预处理且冷却后的样品由处理用真空腔进入测试用真空腔若为直角坐标系中的X轴方向，则相应的电子枪9的发射端朝向、法拉第筒13轴线设置为Y轴方向且所述发射端的轴线与所述Y轴的轴线共线即可，这样，不仅方便通过相应的如磁力杆等部件转运样品至样品安装段3的顶部，且完成所述转运后，仅需改变样品在所述发射端轴线上的位置，即可利用本样品测试载台直接完成所需测试。

作为样品安装部的具体实现方式，所述样品安装部为设置在样品安装段3顶部的插槽，还包括呈片状的样品托盘1，所述样品托盘1通过嵌入所述插槽安装于样品安装段3上，所述样品托盘1上还固定有多个样品压片2。采用本方案，可通过所述样品托盘1实现样品在预处理用真空腔至测试用真空腔之间的转运，同时在样品尺寸不同，样品加热炉及样品安装段3上用于约束样品的部件或空间尺寸一定时，亦可通过所述样品托盘1实现样品在加热炉中、样品安装段3上的可靠固定。以上样品压片2用于约束样品在样品托盘1上的位置，这样，在样品被固定于样品托盘1特定位置后，样品托盘1与插槽配合就位后，即可保证样品位于样品安装段3的特定位置以使得样品对应电子枪9发射端的位置。

作为一种可实现可靠绝缘，且尺寸、形状易于加工的绝缘段4的具体实现方式，所述绝缘段4为陶瓷座。

作为连接段的具体实现方式，所述连接段包括载台基座5、接线座7及载台连接件6，所述接线座7与载台连接件6均固定于载台基座5上，绝缘段4在连接段上的固定点位于载台基座5上。本方案中，所述载台基座5作为接线座7、载台连接件6两者与绝缘段4的中间连接件，所述接线座7作为本方案上的接线部，所述载台连接件6作为本方案与真空动平台的连接件。

所述接线座7内还设置有空腔。本方案中，所述空腔作为在需要时，用于电阻、电感元件的安装腔，如视测试需求在该空腔内接入电阻、电感元件对样品测试载台和50Ω同轴信号传输电缆进行阻抗匹配，减小短脉冲信号测试波形的失真。

如上所述，由于本方案在工作时需要在真空环境进行，为避免上述空腔形成放气源而影响测试真空环境的真空度，设置为：还包括设置在接线座7、绝缘段4、载台基座5、载台连接件6任意一者上的真空抽气孔8，所述真空抽气孔8作为所述空腔与载台本体12外界的均压通道。

实施例3：

如图1至图4所示，本实施例提供一种具体的用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台的实现方式，如图1所示，为样品测试载台的整体侧视图，从上到下分别是样品安装段3、为陶瓷绝缘座的绝缘段4、包括载台基座5、载台连接件6、接线座7的连接段。整个样品测试载台由其底部载台连接件6上的两个螺孔固定到真空动平台上，由真空动平台来驱动样品测试载台完成插入与退出球形二次电子收集器11的运动，球形二次电子收集器11底部开有直径41mm的样品测试载台插入孔，为便于样品测试载台进出球形二次电子收集器11，样品安装段3、绝缘段4均为外径为40mm的柱状结构，且样品安装段3、绝缘段4对中安装。

如图2所示，为样品测试载台顶部槽插中插入样品托盘1的俯视图，样品托盘1为厚度1mm、边长25mm的正方形薄片，厚度小于2mm、边长小于20mm的被测样品由样品托盘1四角的四片样品压片2固定在样品托盘1中央，样品托盘1水平插入槽底后，样品的几何中心正好位于样品测试载台的几何中心之上。

如图3所示，为样品测试载台的纵剖图，在样品安装段3的中心位置设置有为孔道的法拉第筒13，法拉第筒13的开口直径为6mm、深度为25mm，底部为顶角30°的锥孔，较大的深宽比和小顶角的筒底锥孔，可以有效防止垂直打入筒底的入射电子及其产生的二次电子逃出法拉第筒13，从而测得准确的入射电子束流强；样品安装段3由下方为可加工陶瓷制成的为绝缘段4的陶瓷绝缘座，与接地的载台基座5连接并绝缘，样品安装段3底部上开有四个通孔，陶瓷绝缘座相应位置也开有四个通孔，陶瓷绝缘座与样品安装段3通过PEEK螺钉固定连接；载台基座5内部中空，底部为螺孔，所述螺孔用于通过螺钉将载台基座5固定在载台连接件6上，同时，载台基座5侧壁开有安装为SMA接线座7的大孔，孔径20mm，SMA接线座7内部预留直径20mm长30mm的空腔，以便视测试需求在该空腔内接入电阻、电感元件对样品测试载台和50Ω同轴信号传输电缆进行阻抗匹配，减小短脉冲信号测试波形的失真；样品安装段3底部开有固定被测信号引出线的螺孔，外覆绝缘层的信号线一端通过螺钉固定在样品安装段3底部，一端连接到载台基座5上的SMA接线座7上；在陶瓷绝缘座上对称开有两个直径为8mm的真空抽气孔8，以上真空抽气孔8一端的孔口位于陶瓷绝缘座的外侧，另一端与所述空腔相通，以便样品测试载台工作时其内部空腔可以被抽成真空而避免成为真空环境中的放气源。

进行样品的二次电子发射系数测量时，样品测试载台与球形的二次电子收集器11以及电子枪9间的位置关系如图4所示；实验测试过程中，当电子枪导管10和样品测试载台均插入球形的二次电子收集器11中，二次电子收集器11最外层的接地电极可以较好地将内部结构屏蔽起来，避免样品测试载台接收空间耦合噪声从而对被测信号产生干扰；引出信号通过连接到SMA接线座7上的50Ω同轴信号传输电缆连接到信号放大器对被测信号幅度进行测量，被测信号在同轴线中传输，避免了传输过程中信号受到的干扰。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在对应实用新型的保护范围内。