基于微陷阱结构的金属二次电子发射系数抑制研究

近年来,金属二次电子发射系数的抑制研究在加速器、大功率微波器件等领域得到了广泛关注.为评估表面形貌对抑制效果的影响,利用唯象概率模型计算方法对三角形沟槽、矩形沟槽、方孔及圆孔4种不同形状微陷阱结构的二次电子发射系数进行了研究,分析了微陷阱结构的形状、尺寸对二次电子发射系数抑制特性的影响规律.理论研究结果表明:陷阱结构的深宽比、孔隙率越大,则其二次电子发射系数抑制特性越明显;方孔形和圆孔形微陷阱结构的二次电子发射系数抑制效果优于三角形沟槽和矩形沟槽;具有大孔隙率的微陷阱结构表面的二次电子发射系数对入射角度的依赖显著弱于平滑表面.制备了具有不同表面形貌的金属样片并进行二次电子发射系数测试,所得实验规律与理论模拟规律符合较好.

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。

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。

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%。

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。

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.

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。

多层球形二次电子测量装置的栅网电子透过率仿真研究

精确测量材料的二次电子发射系数(SEY)对研究航天器表面材料充放电具有重要意义。在二次电子测量装置中,栅网电子透过率是影响材料SEY测量精度的重要参数。文章通过仿真计算对一种多层球形SEY测量装置中影响栅网电子透过率的因素进行研究,并对栅网网格参数进行优化。结果表明:栅网偏压对栅网电子透过率的影响较小;栅网网格参数是影响栅网电子透过率的主要因素,栅网线径为0.025 mm、格线间距为1 mm时栅网电子透过率达到最大。研究可为优化SEY测量装置设计提供参考。

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。

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。

电子辐照介质材料二次电子发射系数与能谱测量数据库

电子辐照电介质材料的二次电子发射特性是影响各类真空电子器件与设备性能的重要参数,本文对电子束辐照下二十余种常用的典型介质材料的二次电子发射特性进行了实验测量研究。采用收集极负偏压法测量二次电子发射系数(SEY),通过给二次电子收集极加载不同的偏压来引导二次电子的运动,实现对积累电荷的中和,实验获得了介质材料的SEY随着入射电子能量变化的曲线,以及SEY最大值σ_(max)、第一、第二临界能量E1、E2等特征参数。采用高分辨率筒镜型电子能谱仪测量了电子束脉冲序列辐照介质材料的二次电子能谱,得到不同入射电子能量条件下的二次电子能谱分布曲线,以及真二次电子峰半高宽参数。通过实验测量建立了常用介质材料二次电子发射特性数据库,该结果将为介质材料二次电子发射的各类应用提供重要参考。

第一性原理研究PDP放电单元MgO保护层各种空缺对二次电子发射系数的影响

基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了PDP放电单元中MgO保护层在形成氧空缺后的电子结构的变化。通过对能带结构和态密度分布的计算,可以看到MgO形成氧空缺后在禁带中引入了能级。本文计算了完整MgO以及含F、F+、F2+空缺的MgO晶体,得到不同能带结构和态密度分布,同时计算了相应的二次电子发射系数。结果表明空缺的形成,可有效提高二次电子发射系数,其中形成F空缺的MgO晶体的二次电子发射系数最大。

高能有效真二次电子发射系数与逸出深度和入射角的关系

根据金属二次电子发射的主要物理过程和有效真二次电子发射系数的定义,从理论上论述了高能原电子斜射入金属发射体内的金属的有效真二次电子发射系数的表达式,然后又根据高能原电子斜轰击金属并激发产生二次电子发射的特点,推导出金属的有效真二次电子发射系数与金属逸出深度和高能原电子入射角度的关系式.对结果进行了讨论并得出结论:当高能原电子斜射入金属发射体内时,金属的有效真二次电子发射系数与高能原电子的入射角的余弦函数近似成反比,金属的有效真二次电子发射系数与金属逸出深度近似成正比.

测量氧化镁的二次电子发射系数

介绍单脉冲电子枪法测量氧化镁的二次电子发射系数的测量系统和测量原理,用该测量系统测量出了原电子能量EP高达几十keV时的氧化镁的二次电子发射系数,对测量结果进行了讨论并得出结论:所测量的氧化镁的最大二次电子发射系数在以前的科技工作者所测的氧化镁的最大二次电子发射系数的范围内,表明用磁控溅射法制备的氧化镁的二次电子发射系数较低.

PDP放电单元Si掺杂MgO保护层二次电子发射系数理论研究

采用基于密度泛函理论的原子轨道展开方法的第一性原理计算了Mg1-xSixO体系的电子结构、用SIESTA软件包计算了Mg1-xSixO体系的晶胞结构,体系基态总能,确定了MgO的最优晶格常数。同时,计算了Mg1-xSixO的能带结构、态密度、分波态密度等。针对采用氖氙混合气体的PDP放电单元,分析了Si掺杂对MgO晶体的电子结构以及氖离子和氙离子二次电子发射系数的影响。结果表明,掺入微量的Si(掺杂浓度小于0.06)可提高MgO保护层氖离子和氙离子的二次电子发射系数,其中氙离子的二次电子发射系数的提高尤为显著。同时由分析结果表明,Si掺杂量存在最优化值为0.0185。

氘离子轰击钼靶的二次电子发射系数测量

设计了一套二次电子测量装置,采用间接测量法,利用中子发生器产生的氘离子束,对氘离子束轰击下钼靶的二次电子发射系数进行了实验研究,获得了钼的二次电子发射系数随不同入射氘离子能量的变化趋势,氘离子束能量为170 keV时的二次电子发射系数最大,约为2.33。

金属的高能二次电子发射系数与入射能量和能量幂次的关系

根据原电子射程表达式和金属的有效真二次电子发射系数表达式,推导出金属的高能有效真二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式;并根据金属的高能有效真二次电子发射系数与金属的高能二次电子发射系数的关系,推导出金属的高能二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式。用实验数据计算出高能原电子轰击在金或银上时原电子入射能量幂次n,采用实验数据证实高能二次电子发射系数与原电子入射能量和能量幂次三者的关系,对结果进行讨论并得出结论:当高能原电子轰击在同一块金属上时,高能二次电子发射系数与原电子入射能量的n-1次幂之积近似为一常数。

微通道板玻璃的二次电子发射系数

讨论微通道板玻璃的二次电子发射系数及其影响因素。通过将Ｒ＋ｂ、Ｃ＋ｓ离子部分或全部代替玻璃中的Ｋ＋离子，调整玻璃网络结构参数以及ＰｂＯ与Ｂｉ２Ｏ３的摩尔比例，使玻璃的二次电子发射系数从２７增加到３７。

0-89°的金属二次电子发射系数的通式

根据二次电子发射的物理特性和过程,以θ角射入原子序数为Z的金属的每个原电子发射的二次电子数（δPEθZ）、原电子的入射能量（Wp0）、cosθ和参数Y（θ,Z）之间的关系被推导出来了。根究实验结果,得出Wp0为2-10keV的比率βθ、Wp0和cosθ之间的关系式。根据二次电子发射系数δθ和二次电子发射系数δ0之间的关系,Wp0为2-10keV的δθ、δ0、背散射系数η0、背散射系数ηθ、参数Y（θ,Z）、Wp0和cosθ之间的关系式（r）被推导出。根据r、实验结果、ηθ和η0的表达式,得出参数Y（θ,Z）、Z和θ之间的关系式。以δ0、η0、ηθ、cosθ的[1.08-0.59（θ/90）12]（20/Z）0.07407次方、Wp0和cosθ为变量的Wp0为2-10keVδθ的通式被推导出。用该通式计算出来的二次电子发射系数与实验的铝、镍、铅和铍二次电子发射系数分别进行了比较。结果表明：推导的二次电子发射系数的通式可以用来估算Wp0为2-10keV和θ为0-89°的二次电子发射系数。

较高能有效真二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系

从理论上论述较高能原电子对金属射程的能量幂次n、入射能量与有效真二次电子发射系数的关系,然后用实验数据证明该理论的正确性,最后对结果进行讨论并得出结论:入射能量不同但属于同一个能区的较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原电子入射能量的n-1次方之积近似为一个常量.