[論文レビュー] Measurements of the Secondary Electron Emission of Some Insulators

Y. Bozhko, J. W. Barnard+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2013

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、表面帯電の影響を最小限に抑えるためにビームパルスを用いた単一パルス法を用いて、絶縁体における二次電子放出（SEE）を調査した。350°Cで焼成することで、仕事関数の低下に起因してSEE収率が著しく向上することを示した。チタニウム被膜を施したアルミナは、純チタニウムに非常に近いSEE特性を示し、粒子加速器用のアンチマルチパラークター被膜として有望である。

ABSTRACT

Charging up the surface of an insulator after beam impact can lead either to reverse sign of field between the surface and collector of electrons for case of thick sample or appearance of very high internal field for thin films. Both situations discard correct measurements of secondary electron emission (SEE) and can be avoided via reducing the beam dose. The single pulse method with pulse duration of order of tens microseconds has been used. The beam pulsing was carried out by means of an analog switch introduced in deflection plate circuit which toggles its output between "beam on" and "beam off" voltages depending on level of a digital pulse. The error in measuring the beam current for insulators with high value of SEE was significantly reduced due to the use for this purpose a titanium sample having low value of the SEE with DC method applied. Results obtained for some not coated insulators show considerable increase of the SEE after baking out at 3500C what could be explained by the change of work function. Titanium coatings on alumina exhibit results close to the ones for pure titanium and could be considered as an effective antimultipactor coating.

研究の動機と目的

• ビーム誘発表面電位の蓄積が引き起こす帯電アーチファクトの影響を受けることなく、絶縁体における二次電子放出（SEE）を測定すること。
• 電荷蓄積を起こしやすい絶縁材料に対する信頼性の高いSEE測定法の開発。
• 純チタニウムと比較することで、アルミナへのチタニウム被膜のアンチマルチパラークター被膜としての有効性を評価すること。
• 熱処理（350 °Cで焼成）が絶縁体のSEE収率に与える影響を調査すること。

提案手法

• 表面への電荷蓄積を制限するために、数マイクロ秒オーダーのパルス幅を有する単一パルスビーム法を採用した。
• デジタルパルス信号に基づき、'ビームオン'および'ビームオフ'電圧の切り替えを実現するアナログスイッチを偏光板回路に用いた。
• 低SEE収率を示すチタニウム試料を基準として用い、高SEE絶縁体のビーム電流測定における誤差を低減した。
• 350 °Cで焼成処理を施した前後において、未被膜絶縁体およびチタニウム被膜アルミナ試料の測定を実施した。
• SEE収率は、放出された二次電子と入射一次電子の比から算出し、ビーム電流の不確実性に対応した補正を加えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビーム誘発表面帯電は、絶縁体における二次電子放出測定の正確性にどのように影響するか？
• RQ2 350 °Cで焼成する熱処理が、絶縁体の二次電子放出収率にどの程度の影響を及えるか？
• RQ3 チタニウム被膜アルミナは、純チタニウムと比較して二次電子放出収率においてどのように異なるか？
• RQ4 単一パルスビーム法は、表面帯電効果を効果的に抑制し、絶縁体における正確なSEE測定を可能にするか？

主な発見

• 350 °Cで焼成した絶縁体では、表面仕事関数の低下に起因して、二次電子放出収率が著しく向上した。
• チタニウム被膜アルミナは、純チタニウムと非常に近い二次電子放出収率を示し、効果的なアンチマルチパラークター被膜としての可能性を示した。
• 単一パルス法により、表面帯電効果が効果的に抑制され、絶縁材料におけるより正確なSEE測定が可能になった。
• 低SEEを示すチタニウム基準試料を用いることで、高SEE絶縁体のビーム電流測定における誤差が顕著に低減された。