[논문 리뷰] Measurements of the Secondary Electron Emission of Some Insulators

Y. Bozhko, J. W. Barnard외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 10.

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 표면 충전 효과를 최소화하기 위해 펄스형 빔을 사용하는 단일 펄스 방법을 통해 절연체에서의 제2차 전자 방출(SEE)을 조사한다. 350°C에서 절연체를 굽힐 경우 일함수 감소로 인해 SEE 수율이 크게 증가하며, 티타늄 코팅된 알루미나는 순수 티타늄과 유사한 SEE 특성을 보이며 입자 가속기용 다중진동 방지 코팅으로 유망하다.

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.

연구 동기 및 목표

• 빔에 의해 유도되는 표면 전위 축적에 의한 충전 아티팩트 없이 절연체에서의 제2차 전자 방출(SEE) 측정.
• 전하 축적이 일어나기 쉬운 절연재료에 대한 SEE 측정의 신뢰성 있는 방법 개발.
• 순수 티타늄과의 SEE 수율 비교를 통해 알루미나에 티타늄 코팅을 한 것이 다중진동 방지 코팅으로서의 효과를 평가.
• 350 °C에서의 열처리가 절연체의 SEE 수율에 미치는 영향 조사.

제안 방법

• 표면에 축적되는 전하를 제한하기 위해 수십 마이크로초 수준의 펄스 지속시간을 가진 단일 펄스 빔 방법을 사용.
• 디지털 펄스 신호에 따라 '빔 켜짐' 및 '빔 끄짐' 전압을 전환하는 방식으로, 휘차판 회로에 아날로그 스위치를 사용해 빔 펄싱을 구현.
• 낮은 SEE 수율을 보이는 티타늄 시편을 기준으로 사용하여 고SEE 절연체의 빔 전류 측정 오차를 줄이고 보정.
• 350 °C에서 굽힌 후 및 이전의 코팅되지 않은 절연체 및 티타늄 코팅 알루미나 시편에 대해 측정 수행.
• 입사된 주입 전자의 수에 대한 방출된 제2차 전자의 비율을 통해 SEE 수율을 유도하며, 빔 전류의 불확실성에 대한 보정 적용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 빔에 의해 유도되는 표면 충전은 절연체에서의 제2차 전자 방출 측정 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 350 °C에서의 열처리가 절연재료의 제2차 전자 방출 수율에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 티타늄 코팅 알루미나 시편은 순수 티타늄과 비교해 제2차 전자 방출 수율 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ4 단일 펄스 빔 방법은 충전 효과를 효과적으로 억제하고 절연체에서 정확한 SEE 측정을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 350 °C에서 절연체를 굽힐 경우 표면 일함수 감소로 인해 제2차 전자 방출 수율이 크게 증가함.
• 티타늄 코팅 알루미나는 순수 티타늄과 매우 유사한 제2차 전자 방출 수율을 보이며, 다중진동 방지 코팅으로서의 잠재력이 있음.
• 단일 펄스 방법은 표면 충전 효과를 효과적으로 최소화하여 절연재료에서의 더 정확한 SEE 측정을 가능하게 함.
• 낮은 SEE 수율을 보이는 티타늄 기준 시편의 사용은 고SEE 절연체의 빔 전류 측정 오차를 크게 감소시킴.