电介质材料的二次电子发射动态特性研究.pdf

中国空间科学技术
电介质材料的二次电子发射动态特性研究
张秀生,曹猛,翁明,王芳
西安交通大学物理电子与器件教育部重点实验室西安
摘要:介质材料的动态特性是二次电子发射特性研究中的重要组成部分。通过数值模拟方法建立
有效二次电子收集效率模型,可研究多种测量参数对介质动态特性的共同作用。模拟结果表明,空
间电场和收集极结构对有效二次电子收集极效率的影响有定相关性,收集极电位增大能提高有效
二次电子收集效率,而动态过程中的半高宽时间则线性增加。另外收集极结构变化能够影响空间电
场的作用效果。二者通过直接影响收集效率,间接改变表面电荷积累来引起动态特性的变化。入射
束流则可直接影响表面电荷积累速度,使得半高宽时间线性增加或减小。研究结果对于揭示介质材
料带电产生的动态过程以及指导实验准确测量二次电子发射系数具有科学意义。
关键词:二次电子;数值模拟;介质材料;动态特性;电荷积累
中图分类号:文献标识码:
收稿日期:;修回日期:;录用日期:;网络出版时间: : :
网络出版地址: :
基金项目:国家自然科学基金
作者简介:张秀生 ,男,硕士研究生, ,研究方向为电子辐照效应的数值分析
通讯作者:曹猛 ,男,副教授, ,研究方向为电子辐照与物质相互作用
引用格式:张秀生,曹猛,翁明,等电介质材料的二次电子发射动态特性研究中国空间科学技术, , :
J .Chinese Space Science and Technology 2017 37 2 39-47 inChinese .中国空间科学技术
中国空间科学技术
电介质材料的二次电子发射动态特性研究
张秀生,曹猛,翁明,王芳
西安交通大学物理电子与器件教育部重点实验室西安
摘要:介质材料的动态特性是二次电子发射特性研究中的重要组成部分。通过数值模拟方法建立
有效二电次子电辐子照收材集料效引率起模的型二,次可电研子究发多射种现测象量是参数对回介并质与动正态电特荷性复的合共造同成作的用。模。拟虽结然果有表上明述,空消
间影响电各场和类收空集间极电结子构的对重有要效因二素次。电例子如收:集材极料效的率的影响有定相关性,,收集极电位增大能提高有效
除电荷积累的方法但是实际器件中介质材料
二次电子收集效率,而动态过程中的半高宽时间则线性增加。另外收集极结构变化能够影响空间电
二次电子发射是造成空间航天器大功率微波部的二次电子发射总是与电荷积累相伴,因而在
场的作用效果。二者通过直接影响收集效率,间接改变表面电荷积累来引起动态特性的变化。入射
件微放电的核心因素空间电子辐照情况下带电状态下的二次电子发射特性对于研究其对
束流则可直接影响表面电荷积累速度,使得半高宽时间线性增加或减小。研究结果对于揭示介质材
电介质材料的静电带电现象也与材料的二次
各类器件的影响更具有意义。然而,这方面的
料带电产生的动态过程以及指导实验准确测量二次电子发射系数具有科学意义。
电子发射密切相关。般来说,由于受到电荷
研究仍鲜见报道
积累的影响,电介质材料的二次电子发射特性
如前所述,带电状态下介质材料的二次电
关键词:二次电子;数值模拟;介质材料;动态特性;电荷积累
比金属更加复杂电子辐照与二次电子发射的
子发射将呈现动态特性。这动态特性不仅和
中图分类号:文献标识码:
综合结果是使得电介质表面形成局部等离子。
材料本身的性质相关,而且和材料周围的电磁
局部等离子体区域复杂的表面带电会在附件区域
环境密切相关因此研究介质材料的二次电子
产生复杂的自洽电场,自洽电场又会影响二次电
发射特性需要综合考虑材料本身的电荷积累和
子的发射特性,从而使得介质材料的二次电子发
dielectric materials其周围电磁环境的变化 。本文使用数值模
射呈现复杂的动态特性近年来随着电介质材
拟的方法研究了带电状态下介质材料二次电子
料在各类器件中的广泛应用,介质材料的二次电
发射的动态性质综合入射电子和二次电子引
子发射动态特性得到日益广泛的关注
起的材料电荷积累,采用电容器模型分析材
介质材料二次电子发射系数通常标记为
料二次电子发射过程中表面电位的动态变化过
的测量是研究其二次电子特性的重要部分。 18-19
程 。接着利用二维有限差分计算空间电场,
由于受到带电的影响介质材料的二次电子发
并模拟出射电子在电场作用下的运动轨迹,获
射特性比金属要困难很多。人们使用了各种方
得了定收集条件下二次电子电流的动态特性
法来避免带电的影响捷克等在电镜
此外,还分析了收集极几何形状、电位分布以
扫描绝缘材料成像时,使用临界能量的原入射
及入射电子等条件对二次电子动态特性的影响
电子来避免介质样品表面带电荷兰
规律。
等采用交替脉冲电子束来补偿表面电荷,进
而测量出介质材料二次电子产额法国
模型与方法
大学的等通过控制入射电子的
电流密度来避免表面带电并测量出
模型概述
的二次电子发射系数,认为样品内部形成的电
收稿日期:;修回日期:;录用日期:;网络出版时间: : :
本文以收集极法测量二次电子特性为例来
场会阻碍二次电子的出射。法国
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基金项目:国家自然科学基金 研究二次电子发射的动态特性图为测量二
大学的 11在37用 513低 9能脉冲电子束 1
作者简介:张秀生 ,男,硕士研究生, ,研究方向为电子辐照效应的数值分析
次电子产额的典型结构示意,入射电子激
辐照介质材料时,通过探针检测表面电位,
通讯作者:曹猛 ,男,副教授, ,研究方向为电子辐照与物质相互作用
,发的二次电子被具有定正偏压的收集极
并使用脉冲中和样品表面电荷进而得到稳定 SE
引用格式:张秀生,曹猛,翁明,等电介质材料的二次电子发射动态特性研究中国空间科学技术, , :
的样品表面电位 ,通过该方法发现介质材料收集,收集电流即为所测二次电子电流。在样
二次电子产额动态变化是由于出射,二次电 ,子返:品表面不带 电的情况下收集极加正偏压时
J .Chinese Space Science and Technology 2017 37 2 39-47 inChinese .中国空间科学技术
张秀生,等:电介质材料的二次电子发射动态特中性国研空究间科学技术
可以:对所有发射的二,次电子进行有效收集。而方法可加快空间电位的计算速度。最后节点
样DO品I表1面0.积167累08正.电c荷nk时.i 1,00自0-洽75场8X.会2影01响7.二00次38电 , 处电场可分别由 、方向上相邻两点电
子的运动并导致部分二次电子返回表面无法位求出
形成有效的二次电子发射。因此,二次电子发
电介质材料的二次电子发射动态特性研究
射的动态变化是表面不断积累的电荷和收集极
共同作用的结果本文针对定收集极结构
张秀生,曹猛,翁明,王芳
模拟材料表面带电以及收集极偏压对出射的二
西安交通大学物理电子与器件教育部重点实验室西安
次电子的具体作用。从收集极几何结构和二次
电子发射模型出发,先探究正偏压与表面电位
摘要:介质材料的动态特性是二次电子发射特性研究中的重要组成部分。通过数值模拟方法建立
形成的空间电场对二次电子运动轨迹以及收集

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