一种二次电子产额测量的校准装置及方法

1.本发明涉及二次电子发射现象及其应用领域，特别是涉及一种二次电子产额测量的校准装置及方法。


背景技术：

2.二次电子发射现象发生在许多场景下，通常用二次电子产额表征二次电子发射的强弱程度。在显微分析和弱信号检测等领域中，需要提高二次电子产额，以提高相关仪器和设备的性能；在空间环境中运行的航天器、高压输电工程设备、大型粒子加速装置等场景下，需要降低二次电子产额，减小二次电子带来的不良影响。因此，开展二次电子发射现象的研究很有必要，特别是针对二次电子产额调控的研究。
3.二次电子产额调控研究的关键在于对二次电子产额的准确测量。目前的测试方法主要有三种：收集极法、样品偏压法、电荷推导法。相比之下，收集极法具有较强通用性，适用于所有材料的测量，同时测试过程相对简单、可靠、精度高，因此得到了越来越多的关注和使用。但是该方法在使用过程中，收集极自身的收集效率对最终结果的影响常常被忽略，从而导致了二次电子产额测量的不准确。因此，如何实现二次电子产额的准确测量至关重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种二次电子产额测量的校准装置及方法，通过依据修正系数进行二次电子产额的校准，实现二次电子产额的准确测量。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种二次电子产额测量的校准装置，所述校准装置包括：电子激发源、法拉第杯、收集极、束流测量仪和移动终端；
7.所述法拉第杯与所述电子激发源连接；
8.所述收集极为开设有电子通孔的罩状结构的电子收集器件，且罩设在待测样品的周围；
9.所述束流测量仪分别与所述法拉第杯、所述收集极、待测样品和所述移动终端连接；
10.所述电子激发源用于发射电子；
11.所述收集极用于收集所述待测样品在经所述电子通孔入射的电子的照射下产生的二次电子；
12.所述束流测量仪，用于：
13.在所述法拉第杯处于所述电子激发源的下方且全部遮住所述电子通孔时，测量经所述法拉第杯传输的电子束束流；
14.测量二次电子的电流和透过待测样品的电流；
15.所述移动终端，用于：
16.根据二次电子的电流和透过待测样品的电流计算二次电子产额；
17.根据二次电子的电流和所述电子束束流计算修正系数；
18.根据所述修正系数和所述二次电子产额，得到二次电子校准产额。
19.可选地，所述束流测量仪包括：单通道测量仪和双通道测量仪；
20.所述单通道测量仪分别与所述法拉第杯和所述移动终端连接；所述双通道测量仪分别与所述收集极、所述待测样品和所述移动终端连接；
21.所述单通道测量仪用于测量经所述法拉第杯传输的电子束束流，并将所述电子束束流传输至所述移动终端；
22.所述双通道测量仪用于测量二次电子的电流和透过待测样品的电流，并将二次电子的电流和透过待测样品的电流传输至所述移动终端。
23.可选地，所述单通道测量仪为单通道皮安表；所述双通道测量仪为双通道皮安表。
24.可选地，所述电子激发源采用电子枪。
25.可选地，所述收集极的材质为金属材质。
26.可选地，所述收集极的形状为球形、半球形或者圆筒形。
27.可选地，所述校准装置还包括：样品台；所述样品台用于放置待测样品。
28.可选地，所述样品台的材质为金属材质
29.一种二次电子产额测量的校准方法，所述方法采用上述所述的二次电子产额测量的校准装置，所述方法包括：
30.获取电子束束流、二次电子的电流和透过待测样品的电流；所述电子束束流为在法拉第杯处于电子激发源的下方且全部遮住电子通孔时，经法拉第杯传输的电子束的电流；所述电子通孔设置在罩状结构的收集极上；二次电子的电流为所述收集极收集的待测样品在经电子通孔入射的电子照射下产生的二次电子对应的电流；
31.根据二次电子的电流和透过待测样品的电流计算二次电子产额；
32.根据二次电子的电流和所述电子束束流计算修正系数；
33.根据所述修正系数和所述二次电子产额，得到二次电子校准产额。
34.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
35.本发明提供了一种二次电子产额测量的校准装置及方法，通过设置收集极和法拉第杯，分别测量电子束束流、二次电子的电流以及透过待测样品的电流，根据二次电子的电流和电子束束流计算修正系数，使得在二次电子产额的计算中，通过考虑收集极的自身收集效率，最终计算得到二次电子校准产额，实现二次电子产额的准确测量。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例提供的二次电子产额测量的校准装置的结构图；
38.图2为本发明实施例提供的校准前和校准后的结果对比图。
39.符号说明：
40.电子激发源-1、法拉第杯-2、收集极-3、样品台-4、束流测量仪-5、移动终端-6、单通道皮安表-7、双通道皮安表-8、待测样品-9、二次电子-10。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.本发明的目的是提供一种二次电子产额测量的校准装置及方法，通过依据修正系数进行二次电子产额的校准，实现二次电子产额的准确测量。
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.实施例1
45.如图1所示，本发明实施例提供了一种二次电子产额测量的校准装置，该校准装置包括：电子激发源1、法拉第杯2、收集极3、束流测量仪5和移动终端6。
46.法拉第杯2与电子激发源1连接；收集极3为开设有电子通孔的罩状结构的电子收集器件，且罩设在待测样品9的周围。
47.束流测量仪5分别与法拉第杯2、收集极3、待测样品9和移动终端6连接。
48.电子激发源1用于发射电子；其中，电子激发源1可以采用电子枪。
49.收集极3用于收集待测样品9在经电子通孔入射的电子的照射下产生的二次电子10。具体地，收集极3的材质为金属材质。收集极3的形状为球形、半球形或者圆筒形。在实际应用中，收集极3可以是304不锈钢制造的半球形收集极3，并通过bnc线与双通道皮安表8的一个通道相连。
50.束流测量仪5用于在法拉第杯2处于电子激发源1的下方且全部遮住电子通孔时，测量经法拉第杯2传输的电子束束流。
51.束流测量仪5还用于测量二次电子10的电流和透过待测样品9的电流。
52.移动终端6用于根据二次电子10的电流和透过待测样品9的电流计算二次电子产额，并根据二次电子10的电流和电子束束流计算修正系数；
53.移动终端6还用于根据修正系数和二次电子产额，得到二次电子校准产额。
54.具体地，束流测量仪5包括：单通道测量仪和双通道测量仪。单通道测量仪可以为单通道皮安表7；双通道测量仪可以为双通道皮安表8。
55.单通道测量仪分别与法拉第杯2和移动终端6连接；双通道测量仪分别与收集极3、待测样品9和移动终端6连接。
56.单通道测量仪用于测量经法拉第杯2传输的电子束束流，并将电子束束流传输至移动终端6。
57.双通道测量仪用于测量二次电子10的电流和透过待测样品9的电流，并将二次电子10的电流和透过待测样品9的电流传输至移动终端6。
58.作为一种可选地实施方式，该校准装置还包括：样品台4；样品台4用于放置待测样品9；样品台4的材质为金属材质。样品台4的材质可以选用304不锈钢材质，位于收集极3的
下方，并通过bnc线与双通道皮安表8的另一个通道相连。
59.在实际应用中，电子激发源1即电子枪位于样品台4正上方，法拉第杯2在电子枪下方且可以旋转移动至电子枪正下方。收集极3位于样品台4上方，并将其完全罩住。单通道皮安表7与法拉第杯2相连，双通道皮安表8与收集极3和样品台4相连，并将数据发送至移动终端6(如计算机)中进行处理。皮安表可通过iee-488或者rs-232的方式与计算机进行通讯。法拉第杯2通过bnc线与单通道皮安表7相连。
60.电子枪用于产生电子，其产生的电子作为入射电子，是二次电子10的激发源。法拉第杯2可以移动至电子枪的正下方，用于接收电子枪产生的电子。法拉第杯2位于电子枪下方，通过螺杆与电子枪相连，可以移至或移出电子枪正下方，当移至正下方时可以传输入射的电子束。
61.计算机通过gpib卡连接单通道皮安表7与双通道皮安表8，负责数据采集和处理，最终通过数据处理可以实现二次电子产额的校准。
62.实施例2
63.本发明实施例提供了一种二次电子产额测量的校准方法，该方法采用实施例1中的二次电子产额测量的校准装置，该方法包括：
64.获取电子束束流、二次电子的电流和透过待测样品的电流；电子束束流为在法拉第杯处于电子激发源的下方且全部遮住电子通孔时，经法拉第杯传输的电子束的电流；电子通孔设置在罩状结构的收集极上；二次电子的电流为收集极收集的待测样品在经电子通孔入射的电子照射下产生的二次电子对应的电流。
65.根据二次电子的电流和透过待测样品的电流计算二次电子产额。
66.根据二次电子的电流和电子束束流计算修正系数。
67.根据所述修正系数和二次电子产额，得到二次电子校准产额。
68.采用本发明提供的二次电子产额测量的校准方法得到的二次电子校准产额与未经校准得到的二次电子产额的对比结果，见图2。
69.在实际应用中，该校准方法的具体流程还可以如下：
70.①
将法拉第杯移至电子枪正下方。
71.②
打开单通道皮安表，运行计算机内的采集程序。
72.③
设置电子枪的工作参数，其中主要包括加速电压、阴极电流以及栅极电压，等待一段时间直至单通道皮安表示数基本不再改变，此时电子枪处于稳定工作状态。
73.④
开双通道皮安表，运行计算机内的采集程序。
74.⑤
将法拉第杯从电子枪正下方移走。
75.⑥
记录双通道皮安表的数值；根据公式计算得到二次电子产额。
76.具体地，得到二次电子的电流is和透过待测样品的电流i
t
。然后计算二次电子产额δ：
[0077][0078]
⑦
调整电子枪加速电压直至样品透过电流数值为零，并记录此时的双通道皮安表数值，即调整后的二次电子的电流i
′s与调整后的透过待测样品的电流i
′
t
。
[0079]
⑧
重新将法拉第杯移回电子枪正下方并记录此时单通道的电流数值，即电子束束
流i
′
p
。
[0080]
⑨
将双通道记录的收集极电流与单通道的数值相比，得到装置的收集效率，即修正系数：
[0081][0082]
⑩
将修正系数带入二次电子产额计算公式中，得到校准后的二次电子发射产额δ
′
：
[0083][0084]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0085]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述校准装置包括：电子激发源、法拉第杯、收集极、束流测量仪和移动终端；所述法拉第杯与所述电子激发源连接；所述收集极为开设有电子通孔的罩状结构的电子收集器件，且罩设在待测样品的周围；所述束流测量仪分别与所述法拉第杯、所述收集极、待测样品和所述移动终端连接；所述电子激发源用于发射电子；所述收集极用于收集所述待测样品在经所述电子通孔入射的电子的照射下产生的二次电子；所述束流测量仪，用于：在所述法拉第杯处于所述电子激发源的下方且全部遮住所述电子通孔时，测量经所述法拉第杯传输的电子束束流；测量二次电子的电流和透过待测样品的电流；所述移动终端，用于：根据二次电子的电流和透过待测样品的电流计算二次电子产额；根据二次电子的电流和所述电子束束流计算修正系数；根据所述修正系数和所述二次电子产额，得到二次电子校准产额。2.根据权利要求1所述的二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述束流测量仪包括：单通道测量仪和双通道测量仪；所述单通道测量仪分别与所述法拉第杯和所述移动终端连接；所述双通道测量仪分别与所述收集极、所述待测样品和所述移动终端连接；所述单通道测量仪用于测量经所述法拉第杯传输的电子束束流，并将所述电子束束流传输至所述移动终端；所述双通道测量仪用于测量二次电子的电流和透过待测样品的电流，并将二次电子的电流和透过待测样品的电流传输至所述移动终端。3.根据权利要求2所述的二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述单通道测量仪为单通道皮安表；所述双通道测量仪为双通道皮安表。4.根据权利要求1所述的二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述电子激发源采用电子枪。5.根据权利要求1所述的二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述收集极的材质为金属材质。6.根据权利要求1所述的二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述收集极的形状为球形、半球形或者圆筒形。7.根据权利要求1所述的二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括：样品台；所述样品台用于放置待测样品。8.根据权利要求7所述的二次电子产额测量的校准装置，其特征在于，所述样品台的材质为金属材质。9.一种二次电子产额测量的校准方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-8中任意一项所述的二次电子产额测量的校准装置，所述方法包括：
获取电子束束流、二次电子的电流和透过待测样品的电流；所述电子束束流为在法拉第杯处于电子激发源的下方且全部遮住电子通孔时，经法拉第杯传输的电子束的电流；所述电子通孔设置在罩状结构的收集极上；二次电子的电流为所述收集极收集的待测样品在经电子通孔入射的电子照射下产生的二次电子对应的电流；根据二次电子的电流和透过待测样品的电流计算二次电子产额；根据二次电子的电流和所述电子束束流计算修正系数；根据所述修正系数和所述二次电子产额，得到二次电子校准产额。

技术总结
本发明公开一种二次电子产额测量的校准装置及方法，涉及二次电子发射现象及其应用领域；该校准装置包括：电子激发源、法拉第杯、收集极、束流测量仪和移动终端；电子激发源发射电子；收集极收集待测样品在经电子通孔入射的电子的照射下产生的二次电子；束流测量仪在法拉第杯处于电子激发源的下方且全部遮住电子通孔时，测量经法拉第杯传输的电子束束流，并测量二次电子的电流和透过待测样品的电流；移动终端根据二次电子的电流和透过待测样品的电流计算的二次电子产额，以及由二次电子的电流和电子束束流计算的修正系数得到二次电子校准产额；本发明通过依据修正系数进行二次电子产额的校准，实现二次电子产额的准确测量。实现二次电子产额的准确测量。实现二次电子产额的准确测量。


技术研发人员：邓晨晖 韩立 牛耕 王鹏飞 王岩 赵伟霞
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/8/24