非晶态碳薄膜对金属二次电子发射的影响

非晶态碳薄膜由于具有极低的二次电子发射系数(secondary electron yield,SEY),在真空微波器件与设备异常放电领域引起了广泛关注.然而,非晶态碳薄膜对二次电子发射影响的动态过程及微观机理仍缺乏了解.本文采用Monte Carlo方法,建立了Cu表面非晶态碳薄膜的二次电子发射数值模拟模型,能够精确地模拟电子与薄膜及基底材料的散射及二次电子发射的微观物理过程.结果表明,随着薄膜厚度从0 nm增加至1.5 nm时,SEY峰值下降了大约20%;继续增大厚度,SEY峰值不再下降.然而,当薄膜厚度大于0.9 nm时,SEY曲线呈现出双峰形态,但随着薄膜厚度增加至3 nm,第二峰逐渐减弱甚至消失.电子散射轨迹和二次电子能量分布结果,表明这种双峰现象是由于电子在两种材料中散射所致.相比以往模型,所提模型考虑了功函数的变化以及界面势垒对电子散射路径的影响.该模型从微观层面上解释了SEY曲线双峰现象形成的原因,相关的计算结果为非晶态碳薄膜对SEY的抑制规律提供了理论预测.

金属二次电子发射系数表达式

根据二次电子发射的主要物理过程,推导出二次电子发射系数和单位背散射电子产生的内二次电子数与原电子产生的内二次电子数之比、原电子入射能量、参数、最大二次电子发射系数、背散射系数之间的关系式。根据实验结果,给出了2～10keV比率的表达式。根据推导的关系式,用实验数据分别计算出6种金属的平均参数。发现6种金属的平均参数都近似为一个常数11.89(eV)0.5。根据推导的关系式和计算的参数,推导出以背散射系数、原电子入射能量和最大二次电子发射系数为变量的二次电子发射系数通式。用该通式计算出二次电子发射系数,并与相应的实验值进行了比较,最后成功地推导出金属2～10keV的二次电子发射系数通式。

提高砷化镓二次电子发射系数的探讨

介绍了延长负电子亲和势二次电子发射材料砷化镓的逸出深度的设计,并给出了经过特殊设计的这种砷化镓的能级示意图,然后对通常的砷化镓和经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数的理论值进行了比较,得出:当原电子入射能量较低(小于10 keV)时,两种砷化镓的二次电子发射系数差值较小;当原电子入射能量较高(大于20 keV)时,经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数比普通砷化镓的二次电子发射系数大,而且随着原电子入射能量的升高,两种砷化镓的二次电子发射系数差值也在增大。

高性能多功能超高真空金属二次电子发射特性测试平台

介绍了一套高性能多功能的超高真空金属二次电子发射特性测试平台。该平台包含了超高真空系统、测试系统、原位表面处理系统和控制与数据处理系统四个部分,实现了在10-8Pa的超高真空下准确测试金属材料的二次电子发射特性。该平台采用了偏压电流法和收集极法两种测试二次电子产额的方法,配置了全自动控制的双通道筒镜型电子能谱仪测试二次电子能谱,集成了氩离子清洗和热处理部件研究表面状况对二次电子发射特性的影响。在测试原理及功能介绍的基础上,展示了二次电子发射特性的典型测试结果。

高能原电子能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系

提出有效真二次电子发射系数的概念,并从理论上论述了高能原电子的能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系,然后用实验数据证明了该理论的正确性,最后对结果进行了讨论。得到了如下结论:不同入射能量的高能原电子轰击同一个金属发射体时,它们的有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量之积近似为一个常量,有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量成反比。

伴有二次电子发射的磁化等离子体鞘层结构特性

建立了包括电子、离子以及器壁发射二次电子的磁化等离子体鞘层流体模型,采用四阶龙格库塔法数值研究了伴有二次电子发射的磁鞘结构特性。模拟结果显示二次电子发射对于弱磁等离子体鞘层中的离子密度影响较大,而对于磁场较强的等离子体鞘层,鞘层中离子密度分布主要由磁场来决定。磁场的存在可以促进器壁电子的发射,磁场的增加或二次电子发射系数的增加都将使得鞘层厚度的减小,同时将导致沉积到器壁的离子动能流发生变化,从而直接影响器壁材料的性能。

Vaughan二次电子发射模型的深入研究与拓展

当前国际上基于Vaughan二次电子模型的材料数据库十分丰富,且其数据均经过大量实验验证,具有很高的实验精度和可信度。为了将这些数据库融入到自主开发的电磁粒子联合模拟平台,完善和提高电磁粒子混合算法的计算精度,在对经典Vaughan模型做了深入研究的基础上,成功地推导出产生二次电子数目的计算方法。此外,为了使经典Vaughan二次电子发射理论更便捷和完整地应用到实际工程应用当中,还对二次电子出射能量以及二次电子出射角度的计算等实际问题做了进一步的拓展性研究。数值计算结果验证了拓展后Vaughan模型算法的准确性和鲁棒性。

电子入射角度对聚酰亚胺二次电子发射系数的影响

采用具有负偏压收集极的二次电子发射系数测试系统,对聚酰亚胺样品的二次电子发射系数与入射电子角度和入射电子能量的关系进行了测量.测量结果表明,在电子小角度入射样品的情况下,随着入射角度的增加,二次电子发射系数单调增加,并符合传统的规律,但是在电子大角度入射时,却与此不符合.测量显示,出现偏差时对应的临界电子入射角度随着入射电子能量的降低而减小.采用简化的电子弹性散射过程和卢瑟福弹性散射截面公式对这种偏差的出现进行了分析,并推导出修正后的二次电子发射系数的计算公式.修正后的二次电子发射系数的计算结果更加符合实验结果.

金属掺杂钨基合金阴极的二次电子发射系数研究

实验中制备了W-Re,W-Sc,W-Zr,W-Y合金阴极,其中Re,Sc,Zr,Y元素所占合金阴极材料的质量分数都为5%。二次电子发射系数测试结果显示,Re掺杂合金阴极对提高纯钨阴极二次电子发射能力显著,掺杂5%Re的W-Re合金阴极材料具有最大二次电子发射系数,其值为1.8,相比于纯钨阴极,能够提高80%。鉴于Re对提高纯钨阴极二次电子发射能力显著,对Re掺杂质量分数分别为20%,10%,6%,5%,4%,3%W-Re合金阴极材料二次电子发射系数进行了研究,发现随着Re在W-Re合金阴极材料中含量的降低,其二次电子发射系数在不断增大,仅当Re含量下降至5%左右时,合金阴极具有最大二次电子发射系数,继续下降至4%,合金阴极二次电子发射系数不但没有升高,相反下降至1.41,当下降至3%时,合金阴极二次电子发射系数值迅速降低为1.1。

氧化铝陶瓷表面二次电子发射特性及测量

利用电子束致二次电子发生装置,选择具有不同组成、相同尺寸(φ25mm×0.3mm)的Al2O3陶瓷样品进行表面二次电子发射系数的测量,在相同实验条件下获得了典型的表面二次电子发射特性曲线。同时,就测试过程中的实验现象以及组成对Al2O3陶瓷二次电子发射特性的影响进行了简要分析和讨论。结果表明:组成不同的Al2O3陶瓷样品具有明显不同的二次电子发射特性,适当的体掺杂有利于降低Al2O3陶瓷二次电子发射系数和改善表面性能。此外,由于测试过程中试验参数的变化对测量结果具有明显影响,为了保证测量结果的一致性和可比性,应采用相同的试验方案并尽可能确保各试验参数的稳定性。

基于ZnO阵列的银表面二次电子发射抑制技术

随着卫星有效载荷的射频功率越来越大,传统的微放电抑制方法已经无法满足大功率卫星有效载荷的需求。降低大功率射频部件内表面的二次电子发射系数是抑制微放电效应的重要方法之一,通过在金属银表面构造纳米量级ZnO阵列,实现了纳米尺度银陷阱结构的制备,研究了晶种制备方式、锌盐浓度对ZnO阵列生长的影响。结果表明,采用紫外照射法制备晶种获得的ZnO阵列在样片表面分布均匀,提高锌盐浓度可改善ZnO阵列的分布均匀性。分析了ZnO阵列排列密度对银膜构筑的影响,发现在低密度的ZnO阵列上更加容易镀覆金属银。因此,获得了镀银表面基于ZnO阵列的陷阱结构制备的工艺技术,实现金属银表面二次电子发射系数最大值降低36.3%。

10～30keV二次电子发射系数的表达式

根据二次电子发射的主要物理过程和特性，推导出最大二次电子发射系数（δm）的表达式。还推导出平均每个高能原电子发射的二次电子数（δPE）的表达式。根据δPE、δm和高能二次电子发射系数（δ）之间的关系，推导出以δm、原子序数、原子质量数、物质密度、背散射系数、高能背散射系数、参数A、能量幂次（n）和原电子入射能量为变量δ的通式。用ESTAR程序计算出一些材料的10—30keY能量范围内的参数A和n。用该通式计算出δ并与相应的实验值进行了比较，结果表明，成功地推导出金属、半金属和元素半导体10～30kev的艿通式。

不同掺杂对可加工陶瓷二次电子发射及沿面闪络特性的影响

固体绝缘材料的表面特性极大地影响着其真空沿面闪络特性,长期以来这一现象极大地制约着真空绝缘系统的整体性能,限制了高压电真空设备的发展进程。本文针对一种具有良好加工性能及表面耐电特性的低熔点可加工微晶玻璃陶瓷引入真空绝缘的背景,在不明显降低可加工性能的前提下,通过在可加工陶瓷原材料内掺杂不同的低二次电子发射系数金属氧化物Cu2O以及Cr2O3,研究掺杂之后材料的二次电子发射系数的变化,对不同掺杂工艺下试品的沿面闪络电压进行研究。结果发现:掺杂低二次电子发射系数金属氧化物能够相应降低可加工陶瓷材料的二次电子发射系数,通过研究不同加工工艺条件下材料的闪络电压,发现试样的闪络电压随其二次电子发射系数的降低而提高。

激光刻蚀对镀金表面二次电子发射的有效抑制

使用红外激光刻蚀技术在镀金铝合金表面制备了多种形貌的微孔及交错沟槽阵列.表征了两类激光刻蚀微阵列结构的三维形貌和二维精细形貌,分析了样品表面非理想二级粗糙结构的形成机制.研究了微阵列结构二次电子发射特性对表面形貌的依赖规律.实验结果表明:激光刻蚀得到的微阵列结构能够有效抑制镀金表面二次电子产额(secondary electron yield,SEY),且抑制能力明显优于诸多其他表面处理技术;微阵列结构对SEY的抑制能力与其孔隙率及深宽比呈现正相关,且孔隙率对SEY的影响更为显著.使用蒙特卡罗模拟方法并结合二次电子发射唯象模型和电子轨迹追踪算法,仿真了各微结构表面二次电子发射特性,模拟结果从理论上验证了微阵列结构孔隙率及深宽比对表面SEY的影响规律.本文获得了能够剧烈降低镀金表面SEY的微阵列结构,理论分析了SEY对微结构特征参数的依赖规律,对开发空间微波系统中低SEY表面及提高镀金微波器件性能有重要意义.

Re掺杂对W丝阴极二次电子发射的影响

为了提高纯W丝阴极的二次电子发射系数(δ),在W粉中掺杂不同比例的Re粉。将混合好的W-Re粉制备在W片表面,经高温烧结后测量其二次电子发射系数。实验结果显示Re掺杂合金阴极能够提高纯钨丝阴极的δ。不同掺杂Re的W-Re合金阴极对提高二次电子发射系数的能力不同,掺杂5(质量比)%Re的W-Re合金阴极的二次电子发射系数最大,其最大二次电子发射系数(δm)值为1.8,相比于未掺杂的纯钨粉烧结阴极的δm,能够提高80%。

二次电子发射对稳态等离子体推进器加速通道鞘层的影响

稳态等离子体推进器(Stationary Plasma Thruster,SPT)工作时产生的高密度等离子体遇到其加速通道陶瓷器壁时,在陶瓷器壁与等离子体之间形成鞘层。离子会在鞘层电场作用下到达SPT加速通道器壁表面进而复合,而等离子体中的电子由于具有高能可跃过鞘层电场轰击器壁表面,从而产生二次电子发射效应。从器壁表面发射出的二次电子由于受到鞘层电场的排斥,导致其向等离子体源区移动,进而影响等离子体鞘层的特性。建立了考虑二次电子发射效应的无碰撞等离子体鞘层的一维流体模型,研究了二次电子发射对SPT加速通道鞘层特性的影响。计算结果显示,随二次电子发射系数增加,鞘层电势、离子密度、电子密度和二次电子密度增加,而离子速度降低,鞘层中离子密度始终大于电子密度。鞘层中二次电子绝大多数集中在器壁附近,随二次电子穿越鞘层厚度的增加,二次电子密度快速下降。

不同带电情况下介质材料二次电子发射特性研究

空间材料二次电子发射特性是决定航天器表面带电速率和充电平衡电位水平的重要参数。本文利用1～5 keV 的脉冲电子束开展了聚酰亚胺（kapton）、玻璃盖片和光学太阳反射镜（OSR）材料的二次电子发射系数（δ）测试，并完成了介质材料表面不同充电情况下的二次电子发射特性研究。研究结果表明，在入射电子能量为1～5 keV 范围内材料二次电子发射系数随入射电子能量上升而下降，同时当二次电子发射系数大于1时，材料表面将累积正电荷，二次电子发射系数下降，当二次电子发射系数小于1时，材料表面将累积负电荷，二次电子发射系数将增加。

绝缘体二次电子发射系数测量装置的研制

成功研制了测量绝缘体二次电子发射系数的测量装置，该装置主要由栅控电子枪系统、真空系统和电子采集系统组成，测量装置产生的原电子流的能量范围为0．8～60keV。采用单脉冲电子枪法，测量了原电子能量范围为0．8～45keV的多晶MgO的二次电子发射系数。测量中，收集极（偏置盒）离材料表面设置为约35mm，偏置电压设置为45V。测量得到：用磁控溅射法制备的MgO的二次电子发射系数最大值约为2．83，处于2～26范围内，其对应的原电子能量约为980eV。这表明该装置测量的绝缘体二次电子发射系数是可信的，但用磁控溅射法制备的MgO的二次电子发射系数较低，这可能是制备MgO时引入了过多的杂质在MgO二次电子发射体里面所引起的。

铝阳极氧化的多孔结构抑制二次电子发射的研究

针对空间大功率微波部件中的二次电子倍增效应影响微波部件性能的问题,基于铝阳极氧化产生大深宽比、高孔隙率均匀纳米级多孔结构的特性,结合蒸发镀银技术,提出一种有效降低表面二次电子发射系数的方法.结果表明,相比于未阳极氧化的铝样片,在不清洗样片的情况下(实际的样片表面都会存在吸附或沾污),测试得到二次电子发射系数曲线的第一能量交叉点E1从45 eV增加到77 eV,最大二次电子发射系数SEY_(max)从2.68减小到1.52;在清洗样片的情况下(清洗是为了去除吸附或沾污,获得理想的表面),测试得到第一能量交叉点E_1从40 eV增加到211 eV,最大二次电子发射系数SEY_(max)从2.55减小到1.36.为了验证本文所提方法对抑制空间大功率微波部件二次电子倍增效应的有效性,分别将获得的未阳极氧化和阳极氧化后的二次电子发射系数数据用于一个X频段阻抗变换器设计中,结果显示,使用本文所提方法后,阻抗变换器的微放电阈值从7000 W提高到125000 W.本文研究的方法不仅对解决空间大功率微波部件的微放电问题有指导意义,而且对真空电子器件、加速器等领域的研究也具有重要参考价值.

基于负偏压收集极的绝缘体二次电子发射系数测量

建立了一个主要由单把脉冲电子枪和一个二次电子收集极构成的测量装置用于室温下绝缘体二次电子发射系数的测量。通过给收集极设定负偏压,本文提出了一种新的电荷中和方法,有效地中和了在测量过程中累积在样品表面的电荷。采用双通道示波器对二次电子电流和样品电流进行了测量,根据相应脉冲电流的峰值确定了样品的二次电子发射系数。成功测量了尼龙样品的二次电子发射系数与一次电子能量的关系曲线,并与文献测量结果进行了比较,结果表明本文的测量装置和测量方法简单易行。