专利名称：一种抑制二次电子发射的离子束表面处理设备和方法
技术领域：
本发明属于真空电子技术领域，特别涉及到一种用于抑制真空状态下受电子轰击 电极的二次电子发射的离子束表面处理设备和方法。
背景技术：
行波管广泛用于雷达，电子战，卫星通信和精确制导等武器装备。近年来，对于行 波管需求量不断增加，同时对行波管性能也提出了更高要求，其中包括更高的整管效率。更 高的整管效率不仅意味着降低行波管的功耗、减小电源的重量和体积，而且意味着提供改 善器件可靠性和寿命的空间。这对于机载和空间行波管来说尤为重要，因为这类装备的行 波管不可避免的受到功耗和重量的限制。据报道，星载行波管整管效率提高一个百分点，经 济效益高达三千万美元。因此，提高空间行波管的整管效率十分重要。行波管的整管效率，主要取决于电子注与高频电路的互作用效率，以及收集极的 效率。提高收集极效率的一种方法是采用多级降压收集极(MDC)。理论上，MDC使离开互 作用区的电子按不同的速度分类收集，即较高动能的电子经过较高的减速场后被较低电位 (如最低的阴极电位)的收集极加以收集，而对较低动能的电子则采用较高电位的收集极， 使电子都能“软着陆”，降低电子与表面的碰撞损耗，将电子的部分动能回馈电源。设计合理的多级降压收集极可以提高行波管的整管效率。然而，实际上，离开互作 用区的电子的能量存在一定方式的分布，MDC的作用始终受限于收集极材料的二次电子发 射。二次电子的发射系数，一方面取决材料的性质，另一方面与材料表面的形貌密切相关。 对于无氧铜，它在金属材料中具有优异的导热率、导电率以及可加工和焊接性能，常被用做 理想的收集极材料。不足的是它的二次电子发射系数较高。降低或抑制其二次电子发射的 一个方法，是从无氧铜的表面形貌改性入手，从而避免在无氧铜上涂覆异质材料(如石墨 等)。常用的收集极材料也就首选导热率和导电率优异的无氧铜。但无氧铜的二次电子发 射系数最高值高达1. 35，而且在极宽的一次电子能量范围内都呈现出较高的二次电子发射 系数。一次电子到达收集极时不可避免地产生大量二次电子，以及一定量的弹性散射的一 次电子。这些带能量的电子出现在各级收集极附近，它们再次打到收集极上时则造成可观 的能量损耗，从而降低行波管收集极的效率，同时使管体温度上升，又进一步降低了行波管 的效率；大量低能二次电子的存在，还可能造成回流，增加高频热耗散功率并形成噪声。所 以，抑制二次电子发射至关重要。本申请主题的含义，也得以更加明确。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，针对在行波管收集极中不可避免的存在大量的二 次电子，它们降低了行波管的收集极以及整管的效率，为了克服这一弊端，就要设法抑制二 次电子发射。本发明的目的，就是提供一种抑制二次电子发射的离子束表面处理设备和方法。为实现本发明的目的，所采取的技术方案如下，一种抑制二次电子发射的离子束表面处理设备，包括处于前置真空的机械泵、二级真空分子泵及样品台组件，其特征在于， 样品台组件上方设有溅射沉积组件，该溅射沉积组件上部空间设有离子源，它们组成了密 封的真空设备，该设备还连接着一台电控柜。电控柜电源用于离子源、真空泵和真空规、加 热器等部件的供电及其控制。该设备构件又分为高真空系统和表面处理构件两个主要部 分。高真空系统可以由高真空泵(如分子泵)和低真空泵(如机械泵)以及测量部件等组 成，系统的极限真空达到5xlO_5Pa。表面处理构件是该设备的核心，主要包括离子源，如考夫曼离子源、溅射沉积组件 和样品台。考夫曼离子源位于真空室的顶部，溅射沉积组件置于样品台上方，用来在样品表 面沉积低溅射率的原子，如钼原子，是起掩模的作用，以便在样品表面形成特殊织构。构成 溅射沉积组件可有不同的方法，其中的一种组件组成方法是，包含一个平面溅射靶和一个 对准其靶面位置处设置的另一个离子源，它们分别位于样品上方的两侧；另一种方法是，利 用同一离子源，对钼靶进行溅射，如实施例所述。为了控制和调整钼原子的沉积速率，可以 从钼靶着手，所述钼靶设计成齿状结构，齿翼与水平面成一定角度，通常为45到85度，通过 调整齿翼与空缺面积之比，就可以调整钼原子的沉积速率。样品放在旋转的工件台上，以确 保钼原子的沉积速率的一致性。为了获得最佳工艺条件，在设计和加工了上述表面处理设备以后，还需要进行工 艺实验。因为不同的离子源、钼靶和收集极样品之间存在差异。试验的方法是，结合二次电 子系数的测量和扫描电镜的分析，优化工艺参数，目的是使二次电子系数最小。优化的主要 工艺参数包括离子的能量和密度、钼靶的齿翼与空缺面积之比、样品的加热温度、处理的 时间等。一种抑制二次电子发射的离子束表面处理方法，其特征在于，按照以下步骤进行 操作，它们是a.将样品置于真空系统的旋转工作台上；b.系统抽真空，真空达到lxlO_3Pa ；c.样品加热到，550°C ±10°C ；d.充入氩气 5xl(T3 IxliT1Pa ；e.启动离子源溅射，束流1 5mA/cm2，束压1 2keV ；f.溅射工艺计时，0. 5 2小时；g.关闭离子源及加热源，样品冷却；h.采用专门仪器检测二次电子发射系数值。本发明的有益效果是，二次电子发射得到了有效抑制，在所实施的设备中所用钼 靶的加工简单，可以采用钼片冲制，或剪切而成。加工成本低，便于调整钼原子的沉积速率。 钼靶的设计使设备电源简单化，同时利用一个离子源完成钼原子的沉积和无氧铜表面的溅 射。这样不仅减轻了设备的复杂性，降低成本，同时简化了设备的操作程序。本发明的另一 个优点是采用普通的商品化考夫曼离子源，样品和样品台直接与地相连，操作安全方便，成 本低廉。
图1为抑制二次电子发射的离子束表面处理设备示意图2为所用钼靶结构图；图3为抑制二次电子发射的离子束表面处理方法流程图。
具体实施例方式参照图1，表示一种抑制二次电子发射的离子束表面处理设备示意图，图中，处于 前置真空的机械泵5连接着二级真空分子泵4及样品台组件3，样品台组件上方设有溅射沉 积组件2，该溅射沉积组件上方设有考夫曼离子源1，它们组成了密封的真空设备，该设备 还连接着一台电控柜6。参照图2，表示溅射沉积组件的一种结构图，它是一个边沿上设有多个齿翼的环片 状结构，图中2-1为齿翼，齿翼间为空缺2-2。参照图3，表示所述抑制二次电子发射的离子束表面处理方法流程图，图中表示按 照以下步骤进行操作a.将样品置于真空系统的旋转工作台上；b.系统抽真空，极限真空达到5X10_5Pa ；c.样品加热到 5500C ±10°C ；d.充入氩气 5xl(T3Pa lxlO—pa ；e.启动离子源溅射，束流1 5mA/cm2，束压1 2keV ；f.溅射工艺计时，0. 5 2小时；g.关闭离子源及加热源，样品冷却；h.采用专用仪器检测二次电子发射系数值。
权利要求
一种抑制二次电子发射的离子束表面处理设备，包括处于前置真空的机械泵、二级真空分子泵及样品台组件，其特征在于，样品台组件上方设有溅射沉积组件，该溅射沉积组件上方设有离子源，它们组成了密封的真空设备，该设备还连接着一台电控柜。
2.根据权利要求1所述抑制二次电子发射的离子束表面处理设备，其特征在于，所述 溅射沉积组件的一种形式，是包含一个平面溅射靶和一个对准其靶面位置处设置的另一个 离子源；
3.根据权利要求1所述抑制二次电子发射的离子束表面处理设备，其特征在于，所述 溅射沉积组件的另一种形式是，设计成齿翼环片状结构的钼靶，由所述溅射沉积组件上方 的离子源进行溅射沉积，齿翼与水平面成45到85度夹角，通过调整齿翼与空缺面积之比， 以调整钼原子的沉积速率。
4.一种根据权利要求1所述抑制二次电子发射的离子束表面处理设备使用的方法，其 特征在于，按照以下步骤进行操作，它们是a.将样品置于真空系统的旋转工作台上；b.系统抽真空，真空度达到lxlO_3Pa；c.样品加热，550°C士 10°C ；d.充入氩气5xl(T3Pa IxliT1Pa ；e.启动离子源溅射，束流1 5mA/cm2，束压1 2keV；f.溅射工艺计时，0.5 2小时；g.关闭离子源及加热源，样品冷却；h.专用仪器检测二次电子发射系数值。
全文摘要
一种抑制二次电子发射的离子束表面处理设备和方法，属于真空电子技术领域。包括处于前置真空的机械泵、二级真空分子泵及样品台组件，样品台组件上方设有溅射沉积组件及离子源，该设备使用的方法为系统抽真空，样品加热，充氩气，离子源溅射，样品冷却，采用专门仪器检测二次电子发射系数值。该设备及方法使二次电子发射得到了有效抑制，设备中所用钼靶的加工简单，成本低廉。
文档编号H01J37/34GK101908461SQ201010221069
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者丁明清, 冯进军, 白国栋, 瞿波 申请人:中国电子科技集团公司第十二研究所