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.

基于表面构型的二次电子发射及微放电特性研究

针对航天有效载荷微波部件频发的微放电现象,采用微陷阱表面构型来抑制微波材料表面的二次电子发射,从而达到微放电抑制效果。通过硅基材料的表面刻蚀和金属Ag的表面溅射获得规整的金属表面微陷阱结构,将表面处理过的金属样品在二次电子发射平台的电子枪20~4 000 e V照射下,采用电流法获得金属微陷阱表面的二次电子产额曲线及抑制特性。此外,通过将表面出射的二次电子分为弹性背散射电子、非弹性背散射电子和本征二次电子,并跟踪电子在陷阱结构内的级联再入射过程,建立表面圆柱孔和矩形槽微陷阱表面的二次电子发射数值模型,模拟结果与测试结果能很好吻合。采用数值模拟的方法构造不同深宽比的微陷阱结构表面,最大二次电子产额、第一交叉能量以及微放电品质因子的变化规律。研究结果表明:陷阱结构的侧壁遮挡效果能有效抑制二次电子从表面发射,并且深宽比越大的表面陷阱结构抑制效果更强,而在相同深宽比情况下,圆柱孔陷阱结构比矩形槽陷阱结构对二次电子的抑制效果更好,此外,陷阱结构的深宽比不仅能使得最大二次电子产额减小、第一交叉能量增大,还会近线性地增大材料的微放电品质因子F。