采用電子槍產(chǎn)生的電子進(jìn)行材料二次電子發(fā)射系數(shù)的測量與研究，該方法由于實(shí)現(xiàn)過程較為復(fù)雜且很難獲得微小流量入射原電子等限制了其應(yīng)用。故采用紫外激發(fā)金屬鋅獲得入射原電子的方法，利用高壓電源和靜電計(jì)，實(shí)現(xiàn)了材料二次電子發(fā)射系數(shù)的精確測量。在電子倍增器中分別測試單級打拿極二次電子發(fā)射系數(shù)和倍增器增益，比較后獲得了材料二次電子發(fā)射系數(shù)精確測量的方法。利用該方法，研究了氧化鎂材料的二次電子發(fā)射性能，得到了基于氧化鎂發(fā)射材料的電子倍增器增益。

　　引言

　　具有一定能量的粒子(電子、離子等)轟擊到物體表面時(shí)，會激發(fā)物體表面原子發(fā)射電子，通常稱為二次電子。將入射粒子中的電子稱為原電子或一次電子。二次電子數(shù)與入射粒子數(shù)的比值稱為該物體表面的二次電子發(fā)射系數(shù)。二次電子發(fā)射系數(shù)與發(fā)射體表面性能、入射粒子的種類和能量等有關(guān)，一般情況下金屬表面較容易發(fā)射二次電子，但發(fā)射系數(shù)較低；半導(dǎo)體和絕緣體表面發(fā)射二次電子相對困難，但發(fā)射系數(shù)較高。

　　目前，對絕緣材料二次電子發(fā)射系數(shù)的高精度測量先后提出了幾種方法。早在1938年N. Morgulis等提出了直流加熱法，通過加熱絕緣材料來釋放表面電荷，從而達(dá)到維持材料表面電場的目的。由于很多絕緣材料在加熱狀態(tài)下表面放電不夠穩(wěn)定，因?yàn)樵摲椒▽τ诙�次電子發(fā)射系數(shù)測量精度的高有限。1940年H. Salow等提出了雙槍法，利用電子槍主動(dòng)射入電子的方式補(bǔ)償二次電子發(fā)射后由于材料導(dǎo)電性差而無法及時(shí)補(bǔ)充的電子，從而維持材料表面電位。后經(jīng)過不斷完善，能夠較高精度的測量絕緣材料的二次電子發(fā)射系數(shù)，該方法對于二次電子發(fā)射系數(shù)小于1的材料卻無法測試。童林夙等提出了三槍連續(xù)脈沖法，彌補(bǔ)了雙槍法的不足。所有這些方法中，一方面入射粒子束很難提供小于1 nA 的小電流，無法進(jìn)行微弱信號(1 pA 左右)的二次電子發(fā)射系數(shù)測試；另一方面，幾乎所有方法都只能提供脈沖式測量，無法進(jìn)行連續(xù)測試，因而對于二次電子發(fā)射器件的穩(wěn)定性、使用壽命等性能無法考核。

　　針對上述方法存在的不足，提出了二次電子發(fā)射系數(shù)的光電測試方法。利用該方法對氧化鎂薄膜材料的二次電子發(fā)射系數(shù)進(jìn)行了測試研究，并對電子倍增器增益及使用壽命進(jìn)行了測試分析。

　　1、二次電子發(fā)射系數(shù)光電測試方法及裝置

　　光電測試方法中，采用合適頻率的紫外光照射金屬鋅膜，將光電效應(yīng)產(chǎn)生的逸出電子作為入射電子束流進(jìn)行二次電子發(fā)射的測量。由于光電效應(yīng)產(chǎn)生的電子數(shù)較少，通過控制紫外光強(qiáng)度可以控制束流大小，且紫外光可實(shí)現(xiàn)連續(xù)長時(shí)間照射，因此光電測試方法可以實(shí)現(xiàn)小電流和長時(shí)間測量。測試過程分兩步，首先測試入射電流。樣品位置安裝收集裝置，在特定光強(qiáng)照射下，光電子在電場作用下入射到收集裝置表面，通過收集裝置電流可以得到入射原電子電流Iin。在相同入射條件下放入樣品測試收集極電流Ic，由公式(1)可計(jì)算得到發(fā)射系數(shù)δ。

　　該方法還可以用于電子倍增器增益的測試，相同方法分別測試相同入射原電子條件下的首打拿極電流If和收集極電流Ic，由公式(2)計(jì)算得到電子倍增器增益G。

　　光電測試方法測試裝置如圖1所示，由四部分組成，真空系統(tǒng)、紫外燈及附屬裝置、樣品裝配臺以及測試電路等。測試在真空度高于5×10^-5 Pa的真空室中進(jìn)行。紫外燈工作波長254 nm，附屬裝置可以調(diào)節(jié)紫外光強(qiáng)度。透過真空室窗口，紫外光可照射到光電陰極，光電陰極由鍍有金屬鋅膜石英玻璃制成，鋅膜靠近測試樣品一側(cè)。樣品裝配臺用于安裝樣品或電子倍增器。測試電路由高壓源和靜電計(jì)組成，高壓源提供測試所需的負(fù)高壓，靜電計(jì)測量入射及收集極電流。從樣品裝配臺引出了4根線(圖中標(biāo)注a、b、c、d)，分別接光電陰極、倍增極、末打拿極及收集極等。

圖1 二次電子發(fā)射系數(shù)光電測試裝置圖

　　3、結(jié)論

　　利用紫外光激發(fā)光電陰極發(fā)射的光電子作為入射電子束源，實(shí)現(xiàn)了在微小信號下氧化鎂薄膜材料二次電子發(fā)射系數(shù)的測試。分別測試了氧化鎂薄膜二次電子發(fā)射系數(shù)、電子倍增器增益及其隨時(shí)間變化關(guān)系。

　　測試結(jié)果表明，光電測試方法可用于絕緣材料二次電子發(fā)射系數(shù)的測試，也可用于電子倍增器增益以及使用壽命的測試與分析。