采用電子槍產生的電子進行材料二次電子發射系數的測量與研究，該方法由于實現過程較為復雜且很難獲得微小流量入射原電子等限制了其應用。故采用紫外激發金屬鋅獲得入射原電子的方法，利用高壓電源和靜電計，實現了材料二次電子發射系數的精確測量。在電子倍增器中分別測試單級打拿極二次電子發射系數和倍增器增益，比較后獲得了材料二次電子發射系數精確測量的方法。利用該方法，研究了氧化鎂材料的二次電子發射性能，得到了基于氧化鎂發射材料的電子倍增器增益。

　　引言

　　具有一定能量的粒子(電子、離子等)轟擊到物體表面時，會激發物體表面原子發射電子，通常稱為二次電子。將入射粒子中的電子稱為原電子或一次電子。二次電子數與入射粒子數的比值稱為該物體表面的二次電子發射系數。二次電子發射系數與發射體表面性能、入射粒子的種類和能量等有關，一般情況下金屬表面較容易發射二次電子，但發射系數較低；半導體和絕緣體表面發射二次電子相對困難，但發射系數較高。

　　目前，對絕緣材料二次電子發射系數的高精度測量先后提出了幾種方法。早在1938年N. Morgulis等提出了直流加熱法，通過加熱絕緣材料來釋放表面電荷，從而達到維持材料表面電場的目的。由于很多絕緣材料在加熱狀態下表面放電不夠穩定，因為該方法對于二次電子發射系數測量精度的高有限。1940年H. Salow等提出了雙槍法，利用電子槍主動射入電子的方式補償二次電子發射后由于材料導電性差而無法及時補充的電子，從而維持材料表面電位。后經過不斷完善，能夠較高精度的測量絕緣材料的二次電子發射系數，該方法對于二次電子發射系數小于1的材料卻無法測試。童林夙等提出了三槍連續脈沖法，彌補了雙槍法的不足。所有這些方法中，一方面入射粒子束很難提供小于1 nA 的小電流，無法進行微弱信號(1 pA 左右)的二次電子發射系數測試；另一方面，幾乎所有方法都只能提供脈沖式測量，無法進行連續測試，因而對于二次電子發射器件的穩定性、使用壽命等性能無法考核。

　　針對上述方法存在的不足，提出了二次電子發射系數的光電測試方法。利用該方法對氧化鎂薄膜材料的二次電子發射系數進行了測試研究，并對電子倍增器增益及使用壽命進行了測試分析。

　　1、二次電子發射系數光電測試方法及裝置

　　光電測試方法中，采用合適頻率的紫外光照射金屬鋅膜，將光電效應產生的逸出電子作為入射電子束流進行二次電子發射的測量。由于光電效應產生的電子數較少，通過控制紫外光強度可以控制束流大小，且紫外光可實現連續長時間照射，因此光電測試方法可以實現小電流和長時間測量。測試過程分兩步，首先測試入射電流。樣品位置安裝收集裝置，在特定光強照射下，光電子在電場作用下入射到收集裝置表面，通過收集裝置電流可以得到入射原電子電流Iin。在相同入射條件下放入樣品測試收集極電流Ic，由公式(1)可計算得到發射系數δ。

　　該方法還可以用于電子倍增器增益的測試，相同方法分別測試相同入射原電子條件下的首打拿極電流If和收集極電流Ic，由公式(2)計算得到電子倍增器增益G。

　　光電測試方法測試裝置如圖1所示，由四部分組成，真空系統、紫外燈及附屬裝置、樣品裝配臺以及測試電路等。測試在真空度高于5×10^-5 Pa的真空室中進行。紫外燈工作波長254 nm，附屬裝置可以調節紫外光強度。透過真空室窗口，紫外光可照射到光電陰極，光電陰極由鍍有金屬鋅膜石英玻璃制成，鋅膜靠近測試樣品一側。樣品裝配臺用于安裝樣品或電子倍增器。測試電路由高壓源和靜電計組成，高壓源提供測試所需的負高壓，靜電計測量入射及收集極電流。從樣品裝配臺引出了4根線(圖中標注a、b、c、d)，分別接光電陰極、倍增極、末打拿極及收集極等。

圖1 二次電子發射系數光電測試裝置圖

　　3、結論

　　利用紫外光激發光電陰極發射的光電子作為入射電子束源，實現了在微小信號下氧化鎂薄膜材料二次電子發射系數的測試。分別測試了氧化鎂薄膜二次電子發射系數、電子倍增器增益及其隨時間變化關系。

　　測試結果表明，光電測試方法可用于絕緣材料二次電子發射系數的測試，也可用于電子倍增器增益以及使用壽命的測試與分析。