钛掺杂氧化镁薄膜二次电子发射倍增特性研究

氧化镁具有较高的二次电子发射系数,适合作为制备多级放大装置的二次电子发射材料。文章采用磁控溅射法制备高质量氧化镁薄膜和钛掺杂氧化镁薄膜,并对薄膜进行形貌表征,研究其二次电子发射倍增特性,包括氧化镁薄膜电子倍增器的增益特性以及增益衰减情况。结果表明:高压源电压和电流的增大均可提高电子倍增器的电流增益倍数;掺杂Ti不仅能提高电子倍增器的增益效能,且相比纯氧化镁薄膜,钛掺杂氧化镁薄膜的增益衰减明显放缓,能够将倍增器的寿命延长2倍以上。     

多层薄膜的二次电子发射蒙特卡罗模拟研究

为了深入研究多层薄膜材料中二次电子发射这一影响部件微放电效应的重要物理过程,基于金属表面多代二次电子发射蒙特卡罗模型,建立了多层薄膜二次电子发射蒙特卡罗模型,并构建了多层薄膜的平面和矩形沟槽这两种表面结构。通过对这两种表面的多层薄膜二次电子发射系数进行蒙特卡罗模拟,并对不同薄膜厚度的二次电子发射系数模拟结果进行分析,验证了多层薄膜抑制二次电子产额的实验效果,并得出抑制效果与多层薄膜厚度和表面结构有关的结论。     

球形收集极结构的二次电子产额测量装置及测量方法

为了精确测量材料在不同入射电子能量和入射电子角度下的二次电子产额(secondary electron yield, SEY)以及二次电子能谱,研制了收集极为球形结构的SEY测量装置。首先介绍了装置的构成、测量原理及中和方法,并对测得的信号波形进行了分析。随后,测量了Cu材料和Al₂O₃薄膜材料的SEY值和二次电子能谱。结果表明：不同入射电子能量下SEY值的标准偏差分别小于0.055(Cu)和0.126(Al₂O₃);不同入射电子角度下SEY值与理论模型符合的很好,拟合R²值为0.998 64(Cu);出射的二次电子能量绝大部分集中在10eV(Cu)和20eV(Al₂O₃)以下,符合相关理论预期。     

表面微孔阵列结构调控二次电子发射特性研究

固体介质的二次电子发射受到材料成分、元素构成、表面状况等因素影响,其中表面状况对于二次电子发射系数起着至关重要的作用,表面微结构调控入射电子在材料表面的运动状态和碰撞频率,进而影响二次电子发射。基于粒子路径追踪算法,建立了一次电子与材料表面碰撞模型,研究了微孔阵列结构参数对二次电子发射系数的调控机制,分析了微孔阵列单元深度、孔径和面积占比的影响规律。研究发现,通过设置合理的结构单元深度和宽度,可以实现对二次电子发射系数的调节。单元孔径宽度为2mm、深度为5mm、数目为169时,二次电子发射系数降低了57%。研究结论可为脉冲功率、航天领域的沿面放电机理分析和抑制提供理论和数据支撑。     

基于机器学习的二次电子发射唯象模型

基于机器学习和深度人工神经网络(artificial neural network, ANN)提出一种二次电子发射唯象模型。利用Vaughan模型生成先验数据集,用于训练生成描述二次电子发射一般规律的先验知识ANN模型,并在不同参数条件下验证了先验知识ANN模型的正确性。然后,分别利用银和铝合金材料的二次电子发射系数实验数据修正先验知识ANN模型,分别得到了描述两种材料的特异ANN模型。测试结果表明,特异ANN模型计算结果与实验结果相比的平均绝对误差较Vaughan模型和Furman模型降低了30%以上,与复合唯象模型精度相当或更高。在小样本条件下测试了二次电子发射ANN模型的正确性,验证了分步训练方式的有效性和二次电子发射ANN模型对于小样本集的适应性。提出的基于机器学习的二次电子发射唯象模型能够避免复杂的参数修正过程,能够基于先验知识提升模型对于小样本的适应性,能够实现二次电子发射系数的连续插值,适于在数值模拟软件中使用。     

负电子亲和半导体的二次电子发射

根据0.8keV≤Epomax≤5keV的负电子亲和(negative electron affinity,NEA)半导体二次电子发射(secondary electron emission,SEE)的特性，初级电子产额R，现有的次级电子产额δ的通用公式和实验数据，分别推导并实验证明了NEA金刚石的δ在0.5Epomax≤Epo≤10Epomax, GaN在2keV≤Epomax≤5keV, NEA金刚石的δ在08keV≤Epo≤3keV, GaN在08keV≤Epomax≤2keV的特殊公式;其中Epomax为δ达到最大值时的Epo, Epo为初级电子入射能。推导出了08keV≤Epomax≤5keV时NEA半导体的内部二次电子到达发射极表面后逃逸到真空中的概率B。还提出了计算08keV≤Epomax≤5keV NEA半导体1/α的方法;其中1/α为二次电子的平均逃逸深度。分析结果表明，B和1/α的理论研究有助于研究不同样品制备方法对NEA半导体中SEE的定量影响，从而生产出理想的NEA发射体，如NEA金刚石。     

望远镜式空间带电粒子探测系统研制

为满足空间高能粒子环境探测要求,研制了一套数字化空间电子、质子注量率能谱探测系统原理样机。该探测系统采用了半导体探测器组成的望远镜式结构,并应用了数字化的信号处理方法,能探测0.5 Me V以上的电子和5~300 Me V的质子;具有能够实时测量、体积小、重量轻、功耗低及可靠性高等优点。对该系统的各探测器的能量分辨率进行了实验测试,结果表明:TSi半导体探测器的能量分辨率可达0.5%,Si(Li)探测器的能量分辨率约为1.02%,均在可接受范围(小于5%)内。     

二次电子发射对稳态等离子体推进器加速通道鞘层的影响

稳态等离子体推进器(Stationary Plasma Thruster,SPT)工作时产生的高密度等离子体遇到其加速通道陶瓷器壁时,在陶瓷器壁与等离子体之间形成鞘层。离子会在鞘层电场作用下到达SPT加速通道器壁表面进而复合,而等离子体中的电子由于具有高能可跃过鞘层电场轰击器壁表面,从而产生二次电子发射效应。从器壁表面发射出的二次电子由于受到鞘层电场的排斥,导致其向等离子体源区移动,进而影响等离子体鞘层的特性。建立了考虑二次电子发射效应的无碰撞等离子体鞘层的一维流体模型,研究了二次电子发射对SPT加速通道鞘层特性的影响。计算结果显示,随二次电子发射系数增加,鞘层电势、离子密度、电子密度和二次电子密度增加,而离子速度降低,鞘层中离子密度始终大于电子密度。鞘层中二次电子绝大多数集中在器壁附近,随二次电子穿越鞘层厚度的增加,二次电子密度快速下降。     

碳/钛复合薄膜结构二次电子发射规律

随着我国航天事业的发展,航天器中搭载的微波部件趋于小型化、集成化,而由此带来的微放电效应愈发显著,如何有效抑制微放电效应已成为当前研究的热点。文章使用磁控溅射技术制备了不同掺杂比例的钛/碳复合薄膜。对薄膜样品进行形貌、拉曼光谱及二次电子发射特性的测试分析。结果表明：随着金属钛掺杂比例的提高,薄膜按照柱状结构生长的规律越明显,致密度和平整度越好。结合测试结果及相关理论分析薄膜作用的机理,在碳/钛原子比为0.764时,复合薄膜的最大二次电子发射系数为1.40。碳/钛纳米复合薄膜对微放电效应具有良好的抑制效果,且具有大面积制备及工艺简单等特点。有助于未来有效载荷系统向高功率、高频段、集成化的方向发展。     

二次电子发射研究进展及其空间应用

由二次电子发射引发的微放电效应是严重影响星载微波部件性能和安全的瓶颈问题之一。针对星载微波部件微放电的研究及应用需求,对国内外二次电子发射的研究进展进行了系统梳理,介绍了二次电子发射模型、仿真分析方法、测试装置及实验研究,以及在微波射频器件及航天器充放电方面的应用研究,总结了主要的研究结论。在此基础上提出了发展建议,以期对国内的二次电子发射及微放电研究的推进提供参考。