[发明专利]一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用

说明书

本发明公开了一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用，测试方法包括以下步骤：S1、采用脉冲电子束轰击样品表面考察样品表面正电荷积聚对二次电子发射过程的影响并确定电荷中和操作的次数；S2、基于电荷中和操作的次数测定样品的二次电子产额。本发明的测试方法是基于双层栅网球形二次电子收集器；本发明的二次电子产额测试方法，可以有效对绝缘介质材料表面二次电子发射后积聚的正电荷进行补偿，防止积聚电荷影响二次电子发射带来测试误差；电荷补偿的效果不受材料二次电子产额大小以及样品厚度等因素影响，测试方法的准确性没有适用范围的限制；可以同时测得绝缘介质材料样品的真二次电子产额、背散射电子产额和总二次电子产额。

技术领域

本发明涉及材料表面二次电子发射特性测试技术领域，具体涉及一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法及应用。

背景技术

具有一定能量的入射电子轰击固体材料时，材料表面会发射出二次电子，材料表面发射出的二次电子与入射电子的数目比称为二次电子产额，它是随入射电子能量变化的曲线。绝缘介质材料表面的二次电子产额是真空电气绝缘、航天器表面充放电、高功率微波介质窗、光电倍增器件等众多研究领域普遍关心的一种重要的材料表面特性，这些领域需要对所用绝缘介质材料的二次电子产额进行准确的测定，以便对由绝缘介质材料表面二次电子发射与倍增引起的击穿放电等问题进行分析评估。与金属材料不同，绝缘介质材料由于不导电，二次电子发射后表面积聚起来的电荷无法快速泄放，这些表面积聚电荷的存在会改变绝缘介质材料内部的电场分布状态，进而影响后续的二次电子发射过程。因而，测定绝缘介质材料的二次电子产额时，需要配合电荷补偿系统或电荷补偿方法，对测试过程中样品表面的积聚电荷，尤其是正电荷进行有效的中和，才能准确测得样品的二次电子产额。

由于绝缘介质材料在二次电子发射过程中即伴随着表面电荷的积聚过程，因此，测定绝缘介质材料的二次电子产额时，需采用脉冲电子束轰击样品，并用二次电子收集极接收样品发射出的二次电子获得二次电子信号。针对表面电荷积聚问题，既往的解决方法是配置低能洪水电子枪，发射能量为几到十几eV的低能电子束，对样品表面的正电荷进行中和处理，即所谓的双枪测试法。或是采用收集极上加负偏压，将样品本身发射出的低能二次电子阻挡返回样品表面的方式，来对样品表面积聚的正电荷进行中和。

实验发现上述方法仅对某些二次电子产额不太大，厚度为数十至数百纳米的薄膜样品适用，对于二次电子产额较大或厚度在微米至毫米范围的样品，采用上述类型低能电子中和的方法，并不能有效地消除积聚电荷对绝缘介质样品表面二次电子发射过程的影响。这是因为入射电子进入绝缘介质材料表面后，会在其整个射程范围内不断与晶格原子碰撞损失动能，并使晶格原子电离产生真二次电子；由于材料表面二次电子逃逸深度范围内逸出的真二次电子数量大于停留在此的注入电子数量，将积聚起正电荷；在超过二次电子逃逸深度一定距离至射程附近的区域内，大部分注入的入射电子将陆续损失完动能沉积下来，积聚起负电荷。因此二次电子发射过程结束后，积聚电荷的实际分布状态是，表层为真二次电子发射后留下的正电荷，内层为入射电子注入后沉积的负电荷。

所以，在二次电子产额测试过程中，随着入射电子的注入以及部分真二次电子的逸出，积聚起的正电荷并非全部分布在绝缘介质的最表面，而是分布在从表面到超过二次电子逃逸深度的一个空间范围内。由洪水电子枪发射或收集极负偏压阻挡返回的低能电子能量比较低，仅能将浅表几个纳米深度范围内的正电荷中和掉。这些低能电子一进入样品表面，很快就会与晶格原子碰撞损失完全部的动能，无法射入样品表面去中和更深处的正电荷，因而并不能有效地中和掉样品内部积聚的全部正电荷；未被中和的内部正电荷仍然会影响样品内部真二次电子向表面的扩散与逸出，使得收集极能够接收到的二次电子信号变小，导致测得的二次电子产额偏小。有效的表面积聚电荷补偿方法仍是准确测定绝缘介质材料二次电子产额需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘介质材料二次电子产额测试方法，解决现有测试方法无法有效中和样品表面积聚的正电荷，导致不能准确测定绝缘介质材料二次电子产额的问题。

此外，本发明还提供上述测试方法的应用。