[论文解读] 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 6

一句话总结

本研究采用单脉冲法结合束流脉冲技术，以最小化绝缘体表面电荷积累效应，探究绝缘体的二次电子发射（SEE）。结果表明，将绝缘体在350°C下烘烤可显著提高SEE发射 yield，这是由于功函数降低所致；钛涂层氧化铝的SEE特性与纯钛非常接近，使其成为粒子加速器中抗多波道涂层的有前途候选材料。

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.

研究动机与目标

• 在不因束流引起的表面电势积累导致充电伪影的情况下，测量绝缘体的二次电子发射（SEE）。
• 开发一种针对易积累电荷的绝缘材料的可靠SEE测量方法。
• 通过比较其SEE发射 yield 与纯钛的差异，评估钛涂层在氧化铝上作为抗多波道涂层的有效性。
• 研究热处理（在350 °C下烘烤）对绝缘体SEE发射 yield 的影响。

提出的方法

• 采用单脉冲束流法，脉冲持续时间约为数十微秒，以限制绝缘体表面的电荷积累。
• 通过在偏转板电路中使用模拟开关，根据数字脉冲信号在“束流开启”和“束流关闭”电压之间切换，实现束流脉冲。
• 使用SEE发射 yield 较低的钛样品作为参考，以校准并减少高SEE绝缘体束流测量中的误差。
• 在350 °C下烘烤前后，对未涂层绝缘体和钛涂层氧化铝样品进行了测量。
• SEE发射 yield 通过发射的二次电子与入射的一次电子之比计算得出，并对束流测量的不确定性进行了修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 束流引起的表面充电在多大程度上影响绝缘体SEE测量的准确性？
• RQ2 热处理（在350 °C下烘烤）在多大程度上改变绝缘材料的二次电子发射 yield？
• RQ3 钛涂层氧化铝样品与纯钛在二次电子发射 yield 方面有何差异？
• RQ4 单脉冲束流法是否能有效抑制充电效应，并实现对绝缘体的精确SEE测量？

主要发现

• 在350 °C下烘烤绝缘体导致二次电子发射 yield 显著提高，这归因于表面功函数降低。
• 钛涂层氧化铝表现出与纯钛非常接近的二次电子发射 yield，表明其作为有效抗多波道涂层的潜力。
• 单脉冲法成功抑制了表面充电效应，实现了对绝缘材料更精确的SEE测量。
• 使用低SEE的钛参考样品显著降低了高SEE绝缘体束流测量中的误差。