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1、(10)申请公布号 CN 102426173 A (43)申请公布日 2012.04.25 CN 102426173 A *CN102426173A* (21)申请号 201110320859.7 (22)申请日 2011.10.20 G01N 23/22(2006.01) (71)申请人 中国航天科技集团公司第五研究院 第五一研究所 地址 730000 甘肃省兰州市城关区渭源路 97 号 (72)发明人 陈益峰 李存惠 柳青 汤道坦 秦晓刚 杨生胜 郑阔海 史亮 孔风连 冯展祖 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 杨志兵 李爱英 (54) 发明名称 一种弱电子束的。
2、测试装置及方法 (57) 摘要 本发明涉及一种弱电子束的测试装置及方 法， 属于电子测试领域。 所述弱电子束的测试装置 包括环形抑制极、 锥形法拉第筒、 微电流计、 直流 稳压电源、 绝缘垫、 电子枪、 真空系统和法拉第筒 支撑装置。所述测试方法如下 ： 当真空室内压强 910-4Pa 时， 开电子枪发射弱电子束， 所述弱 电子束穿过环形抑制极被锥形法拉第筒收集， 收 集的电流值由微电流计测试， 记录微电流计的测 试结果， 当弱电子束强度的测试值随抑制极电压 增加的变化关系稳定时， 得到的弱电子束强度的 测试值。 本发明通过采用锥形结构法拉第筒， 同时 在法拉第筒入口处加一抑制极， 提高了法拉。
3、第筒 的收集效率。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102426180 A1/1 页 2 1. 一种弱电子束的测试装置， 其特征在于 ： 所述装置包括 ： 环形抑制极 (1)、 锥形法拉 第筒(2)、 微电流计(3)、 直流稳压电源(4)、 绝缘垫(5)、 电子枪(8)、 真空系统(9)和法拉第 筒支撑装置 (10) ； 其中真空系统 (9) 包括真空室和真空泵 ； 法拉第筒支撑装置 (10) 将锥形法拉第筒 (2) 固定在真空室内部， 电子枪 (8) 位于真空室内部侧壁上， 电子枪 (。
4、8) 的发射端与锥形法拉 第筒 (2) 的底端入口正对， 在锥形法拉第筒 (2) 入口处设有环形抑制极 (1)， 在环形抑制极 (1) 和锥形法拉第筒 (2) 入口之间设有绝缘垫 (5)， 锥形法拉第筒 (2) 的顶端通过导线与真 空室外的微电流计 (3) 一端连接， 微电流计 (3) 另一端接地 ； 真空室外的直流稳压电源 (4) 一端与环形抑制极 (1) 连接， 稳压电源的另一端穿过真空室接地 ； 其中， 所述环形抑制极的材料为金属。 2. 一种弱电子束的测试方法， 采用如权利要求 1 所述的一种弱电子束的测试装置， 其 特征在于 ： 所述方法具体步骤如下 ： 步骤一、 开启真空泵， 当真。
5、空室内压强910-4Pa时， 开电子枪(8)发射弱电子束(6)， 弱电子束 (6) 能量为 0.5 5keV ； 束流强度为 pA 量级 ； 步骤二、 所述弱电子束 (6) 穿过环形抑制极 (1) 后， 被锥形法拉第筒 (2) 收集， 收集的 电流值由微电流计 (3) 测试， 用直流稳压电源 (4) 对环形抑制极 (1) 施加负偏压， 电压变化 范围为 0 500V， 步进幅度为 10 100V， 记录微电流计的测试结果， 当弱电子束强度的测 试值随抑制极电压增加的变化关系稳定时， 得到弱电子束强度的测试值。 权 利 要 求 书 CN 102426173 A CN 102426180 A1/3。
6、 页 3 一种弱电子束的测试装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种弱电子束的测试装置及方法， 属于电子测试领域。 背景技术 0002 航天器充放电效应可能会产生具有瞬时高压和强电流特征的电磁脉冲， 导致航天 器上的敏感电子元器件损坏及组件误动作， 干扰航天器与地面的通讯， 甚至造成航天器飞 行任务的失败。 因此急需开发了航天器带电分析软件， 评估航天器带电状态， 指导航天器防 带电设计选材。 0003 材料的二次电子发射系数是决定航天器表面带电速率和平衡电位的重要材料特 征参数， 同时带电软件计算结果的准确度很大程度上依赖于所输入材料参数的准确度， 已 开发的航天器带电分析软件都需要输。
7、入所分析材料的二次电子发射系数等相关参数， 因此 必须开展卫星介质材料的二次电子发射系数的测试工作。 0004 在介质材料二次电子发射系数测试过程中， 由于介质材料导电性能差， 材料表面 容易积累电荷， 若材料二次电子发射系数大于1材料表面将会带正电位， 若小于1则带负电 位。 表面正电位将对出射的二次电子产生吸引作用， 限制二次电子的发射 ； 表面负电位将减 小入射电子到达表面时的能量， 同时对发射的二次电子产生排斥作用， 从而对材料二次电 子发射过程产生影响。 因此介质材料二次电子发射系数测试过程中入射电子必须采用弱电 子束， 同时采用脉冲法消除介质材料表面电荷积累， 从而测试介质材料二次。
8、电子发射系数。 0005 在入射电子束流测试过程中， 入射电子将与法拉第筒壁发生散射作用， 目前一般 采用圆柱结构法拉第筒， 散射电子容易逃逸出法拉第筒， 从而导致收集效率下降。 0006 由于介质材料二次电子发射系数测试中采用了弱电子束， 而普通法拉第筒存在设 计缺陷， 其测量准确度有限， 因此本发明提供了一种弱电子束的测试装置及方法。 发明内容 0007 针对目前采用的圆柱结构法拉第筒散射电子易逃逸出的缺陷， 本发明的目的是提 供一种弱电子束的测试装置及方法， 适用于介质材料二次电子发射系数测试过程中弱电子 束的测试。 0008 为实现上述目的， 本发明的技术方案如下 ： 0009 一种弱。
9、电子束的测试装置， 所述装置包括 ： 环形抑制极、 锥形法拉第筒、 微电流计、 直流稳压电源、 绝缘垫、 电子枪、 真空系统和法拉第筒支撑装置。 0010 其中真空系统包括真空室和真空泵 ； 法拉第筒支撑装置将锥形法拉第筒固定在真 空室内部， 电子枪位于真空室内部侧壁上， 电子枪的发射端与锥形法拉第筒的底端入口正 对， 在锥形法拉第筒入口处设有环形抑制极， 在环形抑制极和锥形法拉第筒入口之间设有 绝缘垫， 锥形法拉第筒的顶端通过导线与真空室外的微电流计一端连接， 微电流计另一端 接地 ； 真空室外的直流稳压电源一端与环形抑制极连接， 直流稳压电源的另一端穿过真空 室接地。 说 明 书 CN 1。
10、02426173 A CN 102426180 A2/3 页 4 0011 其中， 所述环形抑制极的材料为金属。 0012 一种弱电子束的测试方法， 采用本发明所述的一种弱电子束的测试装置进行， 所 述方法具体步骤如下 ： 0013 步骤一、 开启真空泵， 当真空室内压强 910-4Pa 时， 开电子枪发射弱电子束， 弱 电子束能量为 0.5 5keV ； 束流强度为 pA 量级 ； 0014 步骤二、 所述弱电子束穿过环形抑制极后， 被锥形法拉第筒收集， 收集的电流值由 微电流计测试 ； 用直流稳压源对环形抑制极施加负偏压， 电压范围为 0 500V， 步进幅度为 10 100V， 记录微电。
11、流计的测试结果， 当弱电子束强度的测试值随抑制极电压增加的变化 关系稳定时， 得到弱电子束强度的测试值。 0015 有益效果 0016 1. 本发明中弱电子束的测试采用锥形结构法拉第筒， 可以有效减小因入射电子与 法拉第筒壁散射作用而导致的散射电子出射法拉第筒， 从而提高法拉第筒的收集效率。当 入射电子与锥形结构法拉第筒发生散射作用时， 散射电子仍在法拉第筒收集范围 ； 0017 2. 本发明中弱电子束的测试在法拉第筒入口处加一抑制极， 通过对抑制极施加负 偏压抑制二次电子出射法拉第筒， 提高法拉第筒的收集效率。 附图说明 0018 图 1 为本发明所述弱电子束的测试装置结构示意图 ； 001。
12、9 图 2 为入射弱电子束强度为 1keV 的电子束强度测试值随抑制极电压增加的变化 关系图 ； 0020 其中 ： 1- 环形抑制极， 2- 锥形法拉第筒， 3- 微电流计， 4- 直流稳压电源， 5- 绝缘 垫， 6- 弱电子束， 7- 绝缘螺钉， 8- 电子枪， 9- 真空系统， 10- 法拉第筒支撑装置。 具体实施方式 0021 下面结合实施例对本发明作进一步描述。 0022 实施例 1 0023 如图 1 所示的一种弱电子束的测试装置， 所述装置包括 ： 环形抑制极 1、 锥形法拉 第筒 2、 微电流计 3、 直流稳压电源 4、 绝缘垫 5、 绝缘螺钉 7、 电子枪 8、 真空系统 。
13、9 和法拉第 筒支撑装置 10。 0024 其中真空系统9包括真空室和真空泵 ； 法拉第筒支撑装置10将锥形法拉第筒2悬 挂固定在真空室内部， 电子枪8位于真空室内部侧壁上， 电子枪8的发射端沿锥形法拉第筒 2 的轴线方向与锥形法拉第筒 2 底端的入口正对 ； 在锥形法拉第筒 2 入口处设有环形抑制 极 1， 在环形抑制极 1 和锥形法拉第筒 2 入口之间设有绝缘垫 5， 绝缘垫 5 沿环形抑制极 1 均匀分布， 绝缘螺钉 7 穿过绝缘垫 5 将环形抑制极 1 固定在锥形法拉第筒 2 入口处， 锥形法 拉第筒2的顶端通过导线与真空室外的微电流计3一端连接， 微电流计3另一端接地 ； 真空 室外。
14、的直流稳压电源 4 一端与环形抑制极 1 连接， 稳压电源的另一端穿过真空室接地。 0025 其中环形抑制极1为内径为15mm， 外径为20mm的圆环， 圆环截面为4mm5mm的矩 形， 材料为铜 ； 0026 绝缘垫 5 为 4 个， 厚度为 3mm， 材料为聚酰亚胺 ； 说 明 书 CN 102426173 A CN 102426180 A3/3 页 5 0027 锥形法拉第筒 2 底面直径为 15mm， 高度为 50mm， 厚 3mm， 材料为铜 ； 0028 电子枪 8 发射端到锥形法拉第筒 2 入口的距离为 200 500mm ； 0029 微电流计 3 的型号 6517A ； 直流。
15、稳压电源 4 的型号为 BH-1724A-3 ； 0030 一种弱电子束的测试方法， 采用本发明所述的一种弱电子束的测试装置进行， 所 述方法具体步骤如下 ： 0031 步骤一、 开启真空泵， 当真空室内压强为 10-4Pa 时， 开电子枪 8 发射弱电子束 6， 弱 电子束 6 能量为 1keV ； 束流强度为 20pA ； 0032 步骤二、 所述弱电子束 6 穿过环形抑制极 1 后， 被锥形法拉第筒 2 收集， 收集的电 流值由微电流计 3 测试。同时利用直流稳压电源 4 对环形抑制极 1 施加负偏压， 电压值由 0V 增加至 -300V， 步进为 50V， 记录微电流计 3 的测试结果。
16、， 获得电子束强度的测试值随抑 制极电压增加的变化关系如图 2 所示， 可以看出， 随着抑制极电压值的增大， 电子束强度的 测试值趋于稳定， 接近入射的弱电子束束流强度。所述测试方法得到弱电子束的测试值为 18.5pA， 与入射弱电子束的束流强度 20pA 相差 1.5pA， 是一种有效的弱电子束的测试方法。 0033 综上所述， 以上仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的 保护范围之内。 说 明 书 CN 102426173 A CN 102426180 A1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102426173 A 。