金属规则表面形貌影响二次电子产额的解析模型

表面形貌是影响二次电子发射特性的重要因素, 但目前仍缺乏刻画这一影响规律的解析模型. 本文通过分析发现表面结构的遮挡作用是影响二次电子发射特性的主要因素. 基于二次电子以余弦角分布出射的规律, 提出了建立表面形貌参数与二次电子产额之间定量关系的方法, 并以矩形槽和三角槽为例, 建立了电子正入射和斜入射时的一代二次电子产额的解析模型. 将推导的解析模型与Monte Carlo模拟结果和实验结果进行了比较, 结果表明本文建立的模型能够正确反映规则表面形貌的二次电子产额. 本文的模型对于反映常用规则结构影响二次电子出射的规律以及指导通过表面结构调控二次电子发射特性都具有参考价值.     

激光刻蚀对镀金表面二次电子发射的有效抑制

使用红外激光刻蚀技术在镀金铝合金表面制备了多种形貌的微孔及交错沟槽阵列.表征了两类激光刻蚀微阵列结构的三维形貌和二维精细形貌,分析了样品表面非理想二级粗糙结构的形成机制.研究了微阵列结构二次电子发射特性对表面形貌的依赖规律.实验结果表明:激光刻蚀得到的微阵列结构能够有效抑制镀金表面二次电子产额(secondary electron yield,SEY),且抑制能力明显优于诸多其他表面处理技术;微阵列结构对SEY的抑制能力与其孔隙率及深宽比呈现正相关,且孔隙率对SEY的影响更为显著.使用蒙特卡罗模拟方法并结合二次电子发射唯象模型和电子轨迹追踪算法,仿真了各微结构表面二次电子发射特性,模拟结果从理论上验证了微阵列结构孔隙率及深宽比对表面SEY的影响规律.本文获得了能够剧烈降低镀金表面SEY的微阵列结构,理论分析了SEY对微结构特征参数的依赖规律,对开发空间微波系统中低SEY表面及提高镀金微波器件性能有重要意义.     

基于微陷阱结构的金属二次电子发射系数抑制研究

近年来,金属二次电子发射系数的抑制研究在加速器、大功率微波器件等领域得到了广泛关注.为评估表面形貌对抑制效果的影响,利用唯象概率模型计算方法对三角形沟槽、矩形沟槽、方孔及圆孔4种不同形状微陷阱结构的二次电子发射系数进行了研究,分析了微陷阱结构的形状、尺寸对二次电子发射系数抑制特性的影响规律.理论研究结果表明:陷阱结构的深宽比、孔隙率越大,则其二次电子发射系数抑制特性越明显;方孔形和圆孔形微陷阱结构的二次电子发射系数抑制效果优于三角形沟槽和矩形沟槽;具有大孔隙率的微陷阱结构表面的二次电子发射系数对入射角度的依赖显著弱于平滑表面.制备了具有不同表面形貌的金属样片并进行二次电子发射系数测试,所得实验规律与理论模拟规律符合较好.     

多晶体二次电子的角度分布

 根据二次电子发射的主要物理过程,推导了内二次电子到达多晶表面并逸出的几率的角度分布、斜射入多晶的高能原电子产生的二次电子的角度分布和由背散射电子产生的二次电子的角度分布。同时,推导了高能原电子轰击多晶产生的二次电子的角度分布公式,该公式表明多晶的二次电子遵循余弦分布,且与原电子的入射角无关。分析结果表明: 在内二次电子最大逸出深度范围内,如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子数是常数, 则多晶的二次电子的角度分布遵循余弦分布;如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子数越来越少,则多晶的二次电子发射角度分布随出射角减少得比出射角的余弦值更慢;如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子越来越多,则多晶的二次电子发射角度分布随出射角减少得比出射角的余弦值更快。     

高入射能量下的金属二次电子发射模型

基于高入射能量电子产生二次电子发射的物理过程, 分别对高入射能量电子产生的真二次电子和背散射电子的概率进行理论分析与建模. 利用Bethe能量损失模型和内二次电子逸出概率分布, 推导出高入射能量电子产生有效真二次电子发射的系数与入射能量的关系式; 根据高入射能量电子在材料内部被吸收的规律, 推导出高入射能量电子产生背散射电子的系数与入射能量之间的关系式. 结合两者得到高入射能量下金属的二次电子发射模型. 利用该模型计算得到典型金属材料Au, Ag, Cu, Al的二次电子发射系数, 理论计算结果与采用Casino软件模拟金属内部散射过程得到的数值模拟结果相符. 关键词： 二次电子发射 高入射能量 金属表面 散射过程     

近玻尔速度Ne2+离子穿过碳膜引起的电子发射

本文测量了入射能为2–25 keV/u的Ne²⁺离子穿过不同厚度碳膜诱导的前向、后向 (分别对应出射表面和入射表面) 电子发射产额. 实验中通过改变炮弹离子的能量, 系统的研究了势能沉积、电子能损以及反冲原子对前向、后向电子发射产额的贡献. 结果表明, 离子的势能沉积只对后向电子发射有贡献, 前向、后向电子发射产额分别与Ne²⁺离子在薄膜出射、入射表面的电子能损近似成正比关系, 其中电子能损很低 (对应于离子能量很低) 的时候, 反冲原子对电子发射的贡献不能忽略. 关键词： 近玻尔速度 电子发射 电子能损 反冲原子     

O~(2+)离子穿过碳膜引起的前后表面电子发射

测量了入射能为1.9~11.3 keV/u的O~(2+)离子穿过碳膜诱导的前向、后向(分别对应出射表面和入射表面)电子发射产额。实验中,通过改变入射离子的能量和流强,系统地研究了电子能损和离子束流强度对前向、后向电子发射产额的影响。结果表明,在本实验的能量范围内,前向、后向电子发射产额与对应表面的电子能损有近似的正比关系,而与束流强度无关。分析还发现引起后向电子发射的动能阈值约为0.2 keV/u,势能电子发射产额约为1 e~-/ion。     

金属的高能二次电子发射系数与入射能量和能量幂次的关系

 根据原电子射程表达式和金属的有效真二次电子发射系数表达式,推导出金属的高能有效真二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式;并根据金属的高能有效真二次电子发射系数与金属的高能二次电子发射系数的关系,推导出金属的高能二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式。用实验数据计算出高能原电子轰击在金或银上时原电子入射能量幂次n,采用实验数据证实高能二次电子发射系数与原电子入射能量和能量幂次三者的关系,对结果进行讨论并得出结论：当高能原电子轰击在同一块金属上时,高能二次电子发射系数与原电子入射能量的n-1次幂之积近似为一常数。     

近程碰撞对He+离子诱发背向电子发射贡献比例的计算

用Monte Carlo方法模拟了高速He+离子入射到C，Cu和Al固体表面所诱发的电子发射.用这个程序计算了背向的电子发射产额，并且同时计算了近程碰撞对总的背向电子发射产额的贡献比例，对C，Cu和Al其值分别是05，055和0.42.对在近程碰撞中产生的高能δ电子（E＞10O eV）对背向电子发射行为的影响也进行了详尽地讨论，只有那些能量为几百个eV的δ电子对产额的贡献比例较大.对于C靶，δ电子对电子阻止本领最大值附近的二次电子发射行为会产生影响.计算所得到的电子发射产额与实验结果符合得很好. 关键词： 二次电子发射 Monte Carlo模拟 近程碰撞 δ电子     

二次电子分布函数对绝缘壁面稳态鞘层特性的影响

由于缺乏详细的理论计算和实验结果,在研究绝缘壁面稳态流体鞘层特性时,通常假设壁面出射的总二次电子服从单能分布(0)、半Maxwellian分布等.在单能电子轰击壁面的详细二次电子发射模型基础上,采用Monte Carlo方法统计发现:当入射电子服从Maxwellian分布时,绝缘壁面发射的总二次电子服从三温Maxwellian分布.进而,采用一维稳态流体鞘层模型进行对比研究,结果表明:二次电子分布函数对鞘边离子能量、壁面电势、电势及电子/离子密度分布等均具有明显影响;总二次电子服从三温Maxwellian分布时,临界空间电荷饱和鞘层无解,表明随着壁面总二次电子发射系数的增加,鞘层直接从经典鞘层结构过渡到反鞘层结构.     

Monte Carlo方法计算低能电子作用下固体背散射电子发射及空间分布

应用Monte Carlo方法,对能量E₀≤5keV低能电子作用下固体Al、Cu、Ag、Au的背散射电子发射及表面空间分布作了计算.模型应用Mott散射截面及修正的Bethe方程分别描述低能电子在固体中的弹性和非弹性散射.计算了背散射电子能量分布、表面空间分布、深度分布和角分布规律及特征,还计算分析了背散射电子角分布与深度分布、表面空间分布及能量分布之间的关系,系统地描述了背散射电子的发射及分布规律.     

Growth and morphologies of one- and three-dimensional MgO nanostructures

A variety of MgO nanostructures have been fabricated by a direct gas reaction route using Mg as starting material. The evaporation of Mg combined with a mixed oxygen/argon gas provided the constituents for the MgO nanostructure growth. They were characterized by scanning electron microscopy (SEM), selected-area electron diffraction (SAED) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). SEM observations revealed several MgO morphologies including one-dimensional nanowires, three-dimensional cube-shaped entities and rope-like nanowires. HRTEM and SAED results indicate that they were single-crystalline face-centered cubic MgO. PACS 81.10.Bk; 79.60.Jv     

Microwave-assisted synthesis,characterization and ammonia sensing properties of polymer-capped star-shaped zinc oxide nanostructures

Zinc oxide nanostructures were prepared by microwave-irradiation technique in the presence of polyvinyl pyrrolidone as a shape modifier. The synthesized nanostructures were analyzed using scanning and transmission electron microscopy, selected-area electron diffraction, X-ray diffraction, and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Characterization techniques revealed the formation of crystalline ZnO with a star-like shaped morphology, having the crystal structure of wurtzite. The microwave irradiated samples were further investigated to exploit their electrical and sensing properties. The good sensitivity and relatively short response and recovery times of chemoresistive sensors based on star-like ZnO thick films in the monitoring of low concentration of ammonia gas in air were related to the peculiar nanostructure of the sensing layer.     

PED沉积La-Sr-Cu-O薄膜表面的有序纳米结构

采用脉冲电子束沉积(PED)技术在Si(100)衬底上生长La_Sr_Cu_O薄膜，在750℃生长温度下获得具有有序纳米结构的表面形貌.采用聚集离子束(FIB)技术对获得的纳米结构进行表征，结果表明，这种有序的纳米结构是由于Si衬底和La_Sr_Cu_O薄膜之间的热膨胀系数和晶格的 失配引起的纳米裂纹.在这些纳米裂纹处，La_Sr_Cu_O成核生长获得独立的纳米线.通过控制 这种有序的纳米结构的生长，这种有序的纳米结构可以用来构造弱连接形成的器件. 关键词： 脉冲电子束沉积 La_Sr_Cu_O薄膜 纳米结构     

The Role of Gold‐Alumina Template in the Electrochemical Deposition of CeO2 Nanotubes

Electrochemical synthesis employing porous membranes previously metalized with a gold layer as a template is an easy and widespread method to obtain 1D nanostructures. Nevertheless, experimental factors for tuning the morphology and structural details of such nanostructures are still investigated. The influence of the amount of gold on morphology and structure of the 1D systems is studied for the first time. For this purpose, CeO₂ nanotubes are synthesized via template‐based electrodeposition inside the pores of gold‐sputtered anodic aluminum oxide (AAO). X‐ray diffraction and electron microscopy techniques, including 3D electron tomography, are applied for the characterization of the template and the nanostructures. On one hand, the results reveal how gold is deposited on top and inside the pores of the AAO as a thin layer or as particles. On the other hand, the 1D systems consist of nanotubes formed by randomly oriented fluorite‐like nanocrystals (2–5 nm), which features a network of inner walls whose compactness directly relates to the thickness of the gold‐sputtered layer. From the combined analysis of voltage–time curves recorded during electrodeposition and the 2D, 3D structural information, a growth mechanism is proposed, which may enlighten paths to tailor the morphology and properties of CeO₂ 1D nanostructures.     

Low-temperature growth and ethanol-sensing characteristics of quasi-one-dimensional ZnO nanostructures

ZnO nanorods, nanobelts, nanowires, and tetrapod nanowires were synthesized via thermal evaporation of Zn powder at temperatures in the range 550-600 °C under flow of Ar or Ar/O₂ as carrier gas. Uniform ZnO nanowires with diameter 15-25 nm and tetrapod nanowires with diameter 30-50 nm were obtained by strictly controlling the evaporation process. Our experimental results revealed that the concentration of O₂ in the carrier gas was a key factor to control the morphology of ZnO nanostructures. The gas sensors fabricated from quasi-one-dimensional (Q1D) ZnO nanostructures exhibited a good performance. The sensor response to 500 ppm ethanol was up to about 5.3 at the operating temperature 300 °C. Both response and recovery times were less than 20 s. The gas-sensing mechanism of the ZnO nanostructures is also discussed and their potential application is indicated accordingly.     

大功率铁磁性微波部件微放电演变机理与抑制

铁氧体环行器是承载航天器微波系统大功率的关键器件,其大功率微放电效应是影响航天器在轨安全、可靠运行的瓶颈问题。从影响微放电效应的关键因素——二次电子发射特性出发,提出铁磁性微波部件微放电效应物理演变模型,揭示了铁磁性微波部件内部初始自由电子与二次电子运动的空间规律;通过改变铁磁性微波部件表面二次电子发射特性,揭示了铁磁性微波部件抗微放电优化设计的物理原理。在S频段铁氧体环行器中验证了基于表面二次电子发射特性的微放电效应抑制,将器件的微放电阈值从380 W提高至3400 W以上,提升效率大于900%。     

用于电真空器件的金属材料蒸发特性

随着现代通信卫星技术的发展, 对微波真空电子器件的寿命和可靠性提出了更高的要求, 广泛应用于微波真空电子器件的蒙乃尔、不锈钢等金属材料的蒸发性能直接影响器件的可靠性和寿命. 本文采用飞行时间质谱仪(TOFMS)研究金属材料蒸发性能. 利用TOFMS测试了真空本底、蒙乃尔、不锈钢等各种金属材料蒸发物的成分和大小. 测试结果表明TOFMS具有很高的灵敏度, 是一种非常快捷的研究金属材料蒸发的实验手段. 测试结果发现在远低于Mn, Cu及Cr熔点的温度下, 蒙乃尔、不锈钢材料加热到800 ℃左右时就开始出现Mn, Cu元素的蒸发, 在900 ℃时就有大量Mn, Cu和Cr元素的蒸发, 这些蒸发物蒸发到绝缘陶瓷上会使电子枪的绝缘性能下降, 因而蒙乃尔和不锈钢不适用于阴极电子枪零件, 尤其不适用于长寿命高真空器件的阴极电子枪零件以及其他容易受到电子轰击的零件(如阳极、收集极等). 研究了在超高真空状态下加热时间对蒙乃尔和不锈钢材料表面结构的影响. 发现蒙乃尔和不 锈钢在900 ℃ 的温度下加热一段时间后, 其表面结构有了很大的变化, 出现了大量的孔洞和晶界, 并且随着处理时间的延长, 材料的晶粒间界逐渐变大, 从而使材料的强度下降、出现渗气甚至漏气等现象, 因此蒙乃尔和不锈钢材料制作的零件尤其是薄壁零件不宜长时间在超高真空状态下高温加热. 结合相关的理论知识对此现象进行了详细的分析.