影响金属材料二次电子发射系数因素分析

稀土-钼阴极二次电子发射性能研究刘帆（中国人民武装警察部队学院，河北廊坊065000）【摘要】运用液固、液液、固固掺杂等方法制造稀土氧化物，并掺杂钼粉，而后运用等离子体的快速烧结与常规的高温、压制的烧结分别制造稀土-钼金属陶瓷的材料，同时应用金相显微镜与发射性能测试的方法对这些样品的微观结构和二次的电子发射的性能实施研究。

结果显示稀土的氧化物混合均匀掺杂和组织上的细化，将有助于提高材料的发射性能。

在实行高温的氢气处理后，会让这些样品的激活温度大幅度的降低，而发射系数就会大幅度的提高。

关键词：稀土；二次电子发射性能；氧化物；激活温度；发射系数中图分类号：TF125.2文献标识码：A 文章编号：1003-5168(2012)24-0001-01磁控管是一种微波电真空器件中的器件，它的应用比较广泛，尤其在航空、军事武器中的应用发挥着非常重要的作用。

近些年来，磁控管发展的重点重要集中在：一是大功率、（亚）毫米波段及高频率的磁控管上的研发；二是大功率的和相对论的电子注的磁控管上的的研发。

这些研究的成功关键，都依赖于磁控管所采用的新材料，尤其是阴极材料。

[1]磁控管工作依赖于二次电子发射的性能。

现今，市面上在磁控管中应用的二次电子发射阴极的材料主要是合金阴极、氧化物阴极以及金属陶瓷型阴极，比较各种材料的阴极性能的好坏最主要的参数是二次电子的发射系数。

[2]稀土-钼金属陶瓷阴极效果最明显，本文试验中应用各种有效地方法制造稀土-钼，尽量从微观的结构中进行分析，研究每一种因素对这个二次电子的发射性能的影响规律。

1.实验本组实验选用的稀土氧化物有Y2O3和和La2O3，其比例为3:1。

运用液固、液液、固固掺杂等方法制造稀土氧化物，并掺杂钼粉，而后运用等离子体的快速烧结与常规的高温、压制的烧结分别制造稀土-钼阴极的材料。

对稀土-钼烧结体实施机加工，得到测试的样品圆片，之后在与装有裸钨丝的热子的金属钼筒进行焊接，随后仔细安装到测试架上等待测试。

1. 基本理论PDP显示器由前后玻璃基板组成。

每个基板上面都制备了很多相互平行的电极及覆盖在上面的介质层，相对的放电单元由障壁分隔开来，基板之间每个放电单元里都充满了具有一定压强的工作气体。

基板间工作气体放电产生紫外光，紫外光激发涂覆在障壁上的荧光粉发出可见光，由于放电过程气体电离，离子会不断轰击放电表面，为了保护介质层不被击穿，延长显示器工作寿命，必须在上基板的介质层上蒸镀一层MgO薄膜作为保护层。

由于保护膜直接与放电单元中的放电气体相接触，其性能直接影响到PDP的工作特性。

而氧化镁薄膜作为等离子显示屏的介质保护层，不仅可以耐溅射离子的轰击，延长PDP的工作，而且可以降低放电气体的着火电压和维持电压，提高其发光强度，降低PDP器件的功耗。

着火电压Vf受到诸多因素的影响，在固定了放电单元的结构参数和工作气体的成分之后，与其密切相关的就是介质保护层的二次电子发射系数γ。

当显示板放电单元内的工作气体的压强为P、基板间隙的宽度为d及保护膜的二次电子发射系数为γ时，器件的着火电压为：Vf=B（Pd）/ln[A(Pd)/ln(1+1/γ)] （1）式中A和B是气体常数。

从该式可见，当其余条件一定时，着火电压随着二次电子发射系数的增大而减小，因此为了减低着火电压，需要提高保护膜的二次电子发射系数。

因此，MgO薄膜的二次电子发射系数的研究和测量尤为重要。

2. 二次电子发射的过程在PDP放电中，主要是由离子轰击MgO薄膜而激发二次电子发射。

根据入射离子的速度，二次电子的产生机理有两种：一是入射离子速度低即轰击能量低时，二次电子的发射是基于Hagstrum等人的势能（Potential）型理论；二是入射离子速度大即轰击能量高时，二次电子发射是基于Rajopadhye等人的动能（Kinetic）型激发理论。

2.1 Potential型发射发生Potential型发射时，由入射离子轰击而产生的二次电子发射时，不是由入射离子的动能决定的，而主要是由离子的势能（或称内能）和阴极MgO表面的能带结构分布引起的，不存在入射离子的动能交换。

·35·文章编号：2095－6835（2019）08－0035－05材料二次电子发射特性及测量方法研究王思展（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：当材料表面受到具有初始动能的粒子撞击时，会被激发出二次电子。

二次电子发射特性广泛应用于各个领域，而在航天领域，二次电子发射系数与在地球同步轨道运行的航天器表面带电水平息息相关。

为了更好地计算航天器表面带电电位，需要准确获取航天器表面材料的二次电子发射特性，因而二次电子发射特性研究以及二次电子发射系数测量显得尤为重要。

基于二次电子从产生之时所经历的输运、逃逸等物理过程对二次电子发射理论进行了整理，并对目前国内外二次电子发射系数的测量方法及测量手段进行了综述。

关键词：二次电子发射特性；二次电子发射系数；航天器表面带电；二次电子产额中图分类号：O462.2文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2019.08.014当有初始能量的粒子（电子或离子等）撞击到材料表面时，会从材料表面激发出电子，如果到达材料表面的电子所具有的能量足以克服材料表面的能量势垒，便可从材料表面逃逸出来，即二次电子发射现象，逃逸出来的电子称为二次电子，如图1所示。

在研究中约定，从材料表面逃逸出来的电子中，能量在50eV 以下的电子称为（真）二次电子，能量在50eV 以上的电子称为背散射电子。

二次电子发射特性可由二次电子发射系数和二次电子能谱来表征。

二次电子发射系数定义为从材料出射的电子数（流）与入射到材料表面的电子数（流）之间的比值。

二次电子发射现象自19世纪末期由Campell 发现的几十年以来，在理论研究方面及实验测量方面都有了突飞猛进的发展，而二次电子发射现象在多个领域，包括扫描电子显微镜、俄歇能谱仪等都得到了广泛的应用[1]。

在航天领域，二次电子发射系数不仅与航天器表面充电电位大小密切相关，同时还与航天微波器件的微放电效应有关[2-5]。

1. X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足什么公式？写出数学表达式，并说明d、θ、λ的意义。

（5分）答：. X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足布拉格公式。

（1分）其数学表达式：2dsinθ=λ（1分）其中d是晶体的晶面间距。

（1分）θ是布拉格角，即入射线与晶面间的交角。

（1分）λ是入射X 射线的波长。

（1分）4. 二次电子是怎样产生的？其主要特点有哪些？二次电子像主要反映试样的什么特征？用什么衬度解释？该衬度的形成主要取决于什么因素？（6分）答：二次电子是单电子激发过程中被入射电子轰击出的试样原子核外电子。

（1分）二次电子的主要特征如下：（1）二次电子的能量小于50eV，主要反映试样表面10nm层内的状态，成像分辨率高。

（1分）（2）二次电子发射系数δ与入射束的能量有关，在入射束能量大于一定值后，随着入射束能量的增加，二次电子的发射系数减小。

（1分）（3）二次电子发射系数δ和试样表面倾角θ有关：δ(θ)=δ0/cosθ（1分）（4）二次电子在试样上方的角分布，在电子束垂直试样表面入射时，服从余弦定律。

（1分）二此电子像主要反映试样表面的形貌特征，用形貌衬度来解释，形貌衬度的形成主要取决于试样表面相对于入射电子束的倾角。

（1分）2. 布拉格角和衍射角：布拉格角：入射线与晶面间的交角，（1.5 分）衍射角：入射线与衍射线的交角。

（1.5 分）3. 静电透镜和磁透镜：静电透镜：产生旋转对称等电位面的电极装置即为静电透镜，（1.5 分）磁透镜：产生旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。

（1.5 分）4. 原子核对电子的弹性散射和非弹性散射：弹性散射：电子散射后只改变方向而不损失能量，（1.5 分）非弹性散射：电子散射后既改变方向也损失能量。

（1.5 分）二、填空（每空1 分，共20 分）1. X 射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉晶法和衍射仪法。

2.扫描仪的工作方式有连续扫描和步进扫描两种。

3. 在X 射线衍射物相分析中，粉末衍射卡组是由粉末衍射标准联合委员会编制，称为JCPDS 卡片，又称为PDF 卡片。

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于开坤;张冠军;田杰;郑楠;黄学增;马新沛;李光新;山纳康;小林信一【摘要】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.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2011(026)001【总页数】7页(P23-28,33)【关键词】沿面闪络;可加工陶瓷;二次电子发射系数;真空【作者】于开坤;张冠军;田杰;郑楠;黄学增;马新沛;李光新;山纳康;小林信一【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;河南省电力勘测设计院,郑州450007;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学材料与工程学院,西安710049;西安交通大学材料与工程学院,西安710049;埼玉大学电气电子系统学部,日本埼玉县338-8570;埼玉大学电气电子系统学部,日本埼玉县338-8570【正文语种】中文【中图分类】TM28;TM851 引言绝缘子作为起支撑和绝缘作用的重要电气设备，在X 射线管、高功率速调管、中子束二极管、脉冲功率开关、加速器等众多高功率器件和大型设备上得到广泛的应用，其性能直接影响到真空高压电器设备的整体性能[1-3]。

专利名称：一种测量介质材料二次电子发射系数的方法专利类型：发明专利
发明人：温凯乐,刘术林,闫保军,王玉漫
申请号：CN201910405418.3
申请日：20190516
公开号：CN110146529A
公开日：
20190820
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种测量介质材料二次电子发射系数的方法，其步骤包括：1)将待测介质材料放置在金属样品台上；将金属样品台、栅网、收集极的输出端口与采集装置输入端口连接，且金属样品台、栅网所施加电压与电子枪出射口电压相同，收集极电位高于金属样品台电位；2)调整电子枪参数，使电子束斑的照射金属样品台表面，并持续照射设定时间；3)将电子枪出射的电子能量调节至需要测试的能量，将初级电子束的照射位置调节至介质材料表面，使电子枪发射脉冲电子束，测量并计算金属样品台、栅网、收集极各通路脉冲电流I、I、I；通过公式δ＝(I+I)/(I+I+I)计算当前电子入射能量下介质材料的二次电子发射系数δ。

申请人：中国科学院高能物理研究所
地址：100049 北京市石景山区玉泉路19号乙
国籍：CN
代理机构：北京君尚知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：司立彬
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中国科学技术大学
博士学位论文
二次电子发射的研究和二次电子发射系数的测量
姓名：谢爱根
申请学位级别：博士
专业：核技术及应用
指导教师：裴元吉
20050501
中国科技大学博士学位论文
初级电子管壁电阻屡
图１－５（ａ）电子通道倍增管（ｂ）电子通道倍增板
（５）透射式二次电子发射体
透射式二次电子发射体多是半导体和绝缘体，如ＫＣｌ、ＭｇＯ和ｓｉ薄膜等都可制成透射式二次电子发射体。

以低密度的ＫＣＩ为例，其结构示于图１．６，它是在透明的Ａ１２０３（约为７００Ａ厚）基底上。

蒸镀一层７００Ａ厚的Ａｌ层作为电极，然后在低压Ａｒ气蒸积ＫＣＩ，形成２０．４０ｕｍ低密度膜。

其密度约为正常ＫＣＩ的２％。

低密度ＫＣＩ是由一些条状结晶杂乱堆积而成的多孔膜层，有较大的二次电子发射系数，如＝６０一１５０，甚至更大。

相应的Ｖ一＝６—９ＫＶ。

可用于磁聚焦的像增强器中，提高图像的亮度。

＿Ｉｒ●
低密度ＫＣＩ膜可作为摄像管的靶，如图ｌ一６所示。

当其由图像信息的光电子从左面轰击靶时，穿透较薄的Ａ１２０３和Ａｌ层进入ＫＣＩ层。

由于Ａｌ电极具有正电位，ＫＣＩ中产生的二次电子，或被Ａｌ电极收集，或被抑制栅网、场网收集，而空穴则向ＫＣＩ靶表面运动，并在靶表面建立起图。

利用探针法研究二次电子发射过程中介质材料的表面电位殷明;翁明;刘婉;王芳;曹猛【摘要】为研究介质材料二次电子发射过程中表面电位的测量手段及相关规律,以拒斥场会影响二次电子出射为基础,提出了能够原位测量介质材料表面电位的探针法.首先,利用专业电磁仿真软件对探针法原理进行了研究,计算了探针附近电位分布和探针偏压对二次电子发射系数的影响曲线,此曲线拐点处对应的探针偏压即为样品的表面电位;其次,用铜样品进行了实验研究,验证了探针法测量样品表面电位的可行性;最后,将探针法应用于介质材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),对其表面电位进行了实验测量和研究.结果表明:栅网偏压和入射电子能量对PMMA表面电位有直接的影响,PMMA表面电位总是高于栅网偏压,两者呈线性关系;随着入射电子能量的增加,PMMA表面电位呈现先升高后下降的趋势.实验结果与理论分析相一致,验证了探针法测量介质材料表面电位的可行性.该方法操作简便、成本低廉,而且实现了原位在线测量,减小了实验中的不稳定性,对介质材料二次电子发射机理的研究有一定的参考价值.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2019(053)001【总页数】6页(P163-168)【关键词】二次电子发射;表面电位测量;介质材料;仿真【作者】殷明;翁明;刘婉;王芳;曹猛【作者单位】西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】O462;TN16自从1899年Campbell发现了二次电子发射现象[1]之后,人们一直在对二次电子的发射特性和机理进行研究[2-4],并将其应用到各个领域。

材料现代测试技术-期末复习题射线管主要由阳极，阴极，和窗口构成。

射线透过物质时产生的物理效应有：散射，光电效应，荧光辐射，俄歇效应。

3.德拜照相法中的底片安装方法有：正装，反装，和偏装三种。

射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种。

5.透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。

7.电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。

8.扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。

9.人眼的分辨率本领大约是：)10.扫描电镜用于成像的信号：二次电子和背散射电子，原理：光栅扫描，逐点成像。

的功能是：物相分析和组织分析（物相分析利用电子和晶体物质作用可发生衍射的特点；组织分析；利用电子波遵循阿贝成像原理）：定性分析（或半定量分析），测温范围大。

DSC：定量分析，测温范围常在800℃以下。

13.放大倍数（扫描电镜）：M=b/B（b：显像管电子束在荧光屏上的扫描幅度，通常固定不变；B：入射电子束在样品上的扫描幅度，通常以改变B来改变M）射线衍射分析方法中，应用最广泛、最普通的是衍射仪法。

15.透射电镜室应用透射电子来成像。

无机非金属材料大多数以多相、多组分的非导电材料，直到60年代初产生了离子轰击减薄法后，才使无机非金属材料的薄膜制备成为可能。

17.适合透射电镜观察的试样厚度小于200nm的对电子束“透明”的试样。

~18.扫描电镜是用不同信号成像时分辨率不同，分辨率最高的是二次电子成像。

19.在电子与固体物质相互作用中，从试样表面射出的电子有背散射电子，二次电子，俄歇电子。

20.影响红外光谱图中谱带位置的因素有诱导效应，键应力，氢键，物质状态。

1.电离能：在激发光源作用下，原子获得足够的能量就发生电离，电离所必须的能量称为电离能。

2.原子光谱分析技术：是利用原子在气体状态下发射或吸收特种辐射所产生的光谱进行元素定性和定量分析的一种分析技术。

3.X射线光电效应：当X射线的波长足够短时，其光子的能量就很大，以至能把原子中处于某一能级上的电子打出来，而它本身则被吸收，它的能量就传递给电子了，使之成为具有一定能量的光电子，并使原子处于高能的激发态。

材料二次电子发射特性及测量方法研究作者：王思展来源：《科技与创新》2019年第08期摘要：当材料表面受到具有初始动能的粒子撞击时，会被激发出二次电子。

二次电子发射特性广泛应用于各个领域，而在航天领域，二次电子发射系数与在地球同步轨道运行的航天器表面带电水平息息相关。

为了更好地计算航天器表面带电电位，需要准确获取航天器表面材料的二次电子发射特性，因而二次电子发射特性研究以及二次电子发射系数测量显得尤为重要。

基于二次电子从产生之时所经历的输运、逃逸等物理过程对二次电子发射理论进行了整理，并对目前国内外二次电子发射系数的测量方法及测量手段进行了综述。

关键词：二次电子发射特性;二次电子发射系数;航天器表面带电;二次电子产额中图分类号：0462.2文献标识码：ADOI： 10.15913/ki.kjycx.2019.08.014当有初始能量的粒子（电子或离子等）撞击到材料表面时，会从材料表面激发出电子，如果到达材料表面的电子所具有的能量足以克服材料表面的能量势垒，便可从材料表面逃逸出来，即二次电子发射现象，逃逸出来的电子称为二次电子，如图1所示。

在研究中约定，从材料表面逃逸出来的电子中，能量在50 eV以下的电子称为（真）二次电子，能量在50 eV以上的电子称为背散射电子。

二次电子发射特性可由二次电子发射系数和二次电子能谱来表征。

二次电子发射系数定义为从材料出射的电子数（流）与入射到材料表面的电子数（流）之间的比值。

二次电子发射现象自19世纪末期由Campell发现的几十年以来，在理論研究方面及实验测量方面都有了突飞猛进的发展，而二次电子发射现象在多个领域，包括扫描电子显微镜、俄歇能谱仪等都得到了广泛的应用[1]。

在航天领域，二次电子发射系数不仅与航天器表面充电电位大小密切相关，同时还与航天微波器件的微放电效应有关[2-5]。

因此，有关二次电子发射现象的理论研究和二次电子发射系数的测量手段显得尤为重要。

1 二次电子发射现象理论研究二次电子发射现象最初由Campell发现，后来由Austin和Strake进行了较为深入的研究[6]，Bruining于1954年对当时的二次电子理论研究成果以及相关的测量手段进行了阶段性的总结[7]。