專利名稱：一種抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備和方法
技術領域：
本發(fā)明屬于真空電子技術領域，特別涉及到一種用于抑制真空狀態(tài)下受電子轟擊 電極的二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備和方法。
背景技術：
行波管廣泛用于雷達，電子戰(zhàn)，衛(wèi)星通信和精確制導等武器裝備。近年來，對于行 波管需求量不斷增加，同時對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 高的整管效率不僅意味著降低行波管的功耗、減小電源的重量和體積，而且意味著提供改 善器件可靠性和壽命的空間。這對于機載和空間行波管來說尤為重要，因為這類裝備的行 波管不可避免的受到功耗和重量的限制。據報道，星載行波管整管效率提高一個百分點，經 濟效益高達三千萬美元。因此，提高空間行波管的整管效率十分重要。行波管的整管效率，主要取決于電子注與高頻電路的互作用效率，以及收集極的 效率。提高收集極效率的一種方法是采用多級降壓收集極(MDC)。理論上，MDC使離開互 作用區(qū)的電子按不同的速度分類收集，即較高動能的電子經過較高的減速場后被較低電位 (如最低的陰極電位)的收集極加以收集，而對較低動能的電子則采用較高電位的收集極， 使電子都能“軟著陸”，降低電子與表面的碰撞損耗，將電子的部分動能回饋電源。設計合理的多級降壓收集極可以提高行波管的整管效率。然而，實際上，離開互作 用區(qū)的電子的能量存在一定方式的分布，MDC的作用始終受限于收集極材料的二次電子發(fā) 射。二次電子的發(fā)射系數，一方面取決材料的性質，另一方面與材料表面的形貌密切相關。 對于無氧銅，它在金屬材料中具有優(yōu)異的導熱率、導電率以及可加工和焊接性能，常被用做 理想的收集極材料。不足的是它的二次電子發(fā)射系數較高。降低或抑制其二次電子發(fā)射的 一個方法，是從無氧銅的表面形貌改性入手，從而避免在無氧銅上涂覆異質材料(如石墨 等)。常用的收集極材料也就首選導熱率和導電率優(yōu)異的無氧銅。但無氧銅的二次電子發(fā) 射系數最高值高達1. 35，而且在極寬的一次電子能量范圍內都呈現(xiàn)出較高的二次電子發(fā)射 系數。一次電子到達收集極時不可避免地產生大量二次電子，以及一定量的彈性散射的一 次電子。這些帶能量的電子出現(xiàn)在各級收集極附近，它們再次打到收集極上時則造成可觀 的能量損耗，從而降低行波管收集極的效率，同時使管體溫度上升，又進一步降低了行波管 的效率；大量低能二次電子的存在，還可能造成回流，增加高頻熱耗散功率并形成噪聲。所 以，抑制二次電子發(fā)射至關重要。本申請主題的含義，也得以更加明確。

發(fā)明內容
本發(fā)明需要解決的技術問題是，針對在行波管收集極中不可避免的存在大量的二 次電子，它們降低了行波管的收集極以及整管的效率，為了克服這一弊端，就要設法抑制二 次電子發(fā)射。本發(fā)明的目的，就是提供一種抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備和方法。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采取的技術方案如下，一種抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備，包括處于前置真空的機械泵、二級真空分子泵及樣品臺組件，其特征在于， 樣品臺組件上方設有濺射沉積組件，該濺射沉積組件上部空間設有離子源，它們組成了密 封的真空設備，該設備還連接著一臺電控柜。電控柜電源用于離子源、真空泵和真空規(guī)、加 熱器等部件的供電及其控制。該設備構件又分為高真空系統(tǒng)和表面處理構件兩個主要部 分。高真空系統(tǒng)可以由高真空泵(如分子泵)和低真空泵(如機械泵)以及測量部件等組 成，系統(tǒng)的極限真空達到5xlO_5Pa。表面處理構件是該設備的核心，主要包括離子源，如考夫曼離子源、濺射沉積組件 和樣品臺?？挤蚵x子源位于真空室的頂部，濺射沉積組件置于樣品臺上方，用來在樣品表 面沉積低濺射率的原子，如鉬原子，是起掩模的作用，以便在樣品表面形成特殊織構。構成 濺射沉積組件可有不同的方法，其中的一種組件組成方法是，包含一個平面濺射靶和一個 對準其靶面位置處設置的另一個離子源，它們分別位于樣品上方的兩側；另一種方法是，利 用同一離子源，對鉬靶進行濺射，如實施例所述。為了控制和調整鉬原子的沉積速率，可以 從鉬靶著手，所述鉬靶設計成齒狀結構，齒翼與水平面成一定角度，通常為45到85度，通過 調整齒翼與空缺面積之比，就可以調整鉬原子的沉積速率。樣品放在旋轉的工件臺上，以確 保鉬原子的沉積速率的一致性。為了獲得最佳工藝條件，在設計和加工了上述表面處理設備以后，還需要進行工 藝實驗。因為不同的離子源、鉬靶和收集極樣品之間存在差異。試驗的方法是，結合二次電 子系數的測量和掃描電鏡的分析，優(yōu)化工藝參數，目的是使二次電子系數最小。優(yōu)化的主要 工藝參數包括離子的能量和密度、鉬靶的齒翼與空缺面積之比、樣品的加熱溫度、處理的 時間等。一種抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理方法，其特征在于，按照以下步驟進行 操作，它們是a.將樣品置于真空系統(tǒng)的旋轉工作臺上；b.系統(tǒng)抽真空，真空達到lxlO_3Pa ；c.樣品加熱到，550°C ±10°C ；d.充入氬氣 5xl(T3 IxliT1Pa ；e.啟動離子源濺射，束流1 5mA/cm2，束壓1 2keV ；f.濺射工藝計時，0. 5 2小時；g.關閉離子源及加熱源，樣品冷卻；h.采用專門儀器檢測二次電子發(fā)射系數值。本發(fā)明的有益效果是，二次電子發(fā)射得到了有效抑制，在所實施的設備中所用鉬 靶的加工簡單，可以采用鉬片沖制，或剪切而成。加工成本低，便于調整鉬原子的沉積速率。 鉬靶的設計使設備電源簡單化，同時利用一個離子源完成鉬原子的沉積和無氧銅表面的濺 射。這樣不僅減輕了設備的復雜性，降低成本，同時簡化了設備的操作程序。本發(fā)明的另一 個優(yōu)點是采用普通的商品化考夫曼離子源，樣品和樣品臺直接與地相連，操作安全方便，成 本低廉。


圖1為抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備示意圖2為所用鉬靶結構圖；圖3為抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理方法流程圖。
具體實施例方式參照圖1，表示一種抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備示意圖，圖中，處于 前置真空的機械泵5連接著二級真空分子泵4及樣品臺組件3，樣品臺組件上方設有濺射沉 積組件2，該濺射沉積組件上方設有考夫曼離子源1，它們組成了密封的真空設備，該設備 還連接著一臺電控柜6。參照圖2，表示濺射沉積組件的一種結構圖，它是一個邊沿上設有多個齒翼的環(huán)片 狀結構，圖中2-1為齒翼，齒翼間為空缺2-2。參照圖3，表示所述抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理方法流程圖，圖中表示按 照以下步驟進行操作a.將樣品置于真空系統(tǒng)的旋轉工作臺上；b.系統(tǒng)抽真空，極限真空達到5X10_5Pa ；c.樣品加熱到 5500C ±10°C ；d.充入氬氣 5xl(T3Pa lxlO—pa ；e.啟動離子源濺射，束流1 5mA/cm2，束壓1 2keV ；f.濺射工藝計時，0. 5 2小時；g.關閉離子源及加熱源，樣品冷卻；h.采用專用儀器檢測二次電子發(fā)射系數值。
權利要求
一種抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備，包括處于前置真空的機械泵、二級真空分子泵及樣品臺組件，其特征在于，樣品臺組件上方設有濺射沉積組件，該濺射沉積組件上方設有離子源，它們組成了密封的真空設備，該設備還連接著一臺電控柜。
2.根據權利要求1所述抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備，其特征在于，所述 濺射沉積組件的一種形式，是包含一個平面濺射靶和一個對準其靶面位置處設置的另一個 離子源；
3.根據權利要求1所述抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備，其特征在于，所述 濺射沉積組件的另一種形式是，設計成齒翼環(huán)片狀結構的鉬靶，由所述濺射沉積組件上方 的離子源進行濺射沉積，齒翼與水平面成45到85度夾角，通過調整齒翼與空缺面積之比， 以調整鉬原子的沉積速率。
4.一種根據權利要求1所述抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備使用的方法，其 特征在于，按照以下步驟進行操作，它們是a.將樣品置于真空系統(tǒng)的旋轉工作臺上；b.系統(tǒng)抽真空，真空度達到lxlO_3Pa；c.樣品加熱，550°C士 10°C ；d.充入氬氣5xl(T3Pa IxliT1Pa ；e.啟動離子源濺射，束流1 5mA/cm2，束壓1 2keV；f.濺射工藝計時，0.5 2小時；g.關閉離子源及加熱源，樣品冷卻；h.專用儀器檢測二次電子發(fā)射系數值。
全文摘要
一種抑制二次電子發(fā)射的離子束表面處理設備和方法，屬于真空電子技術領域。包括處于前置真空的機械泵、二級真空分子泵及樣品臺組件，樣品臺組件上方設有濺射沉積組件及離子源，該設備使用的方法為系統(tǒng)抽真空，樣品加熱，充氬氣，離子源濺射，樣品冷卻，采用專門儀器檢測二次電子發(fā)射系數值。該設備及方法使二次電子發(fā)射得到了有效抑制，設備中所用鉬靶的加工簡單，成本低廉。
文檔編號H01J37/34GK101908461SQ201010221069
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權日2010年7月8日
發(fā)明者丁明清, 馮進軍, 白國棟, 瞿波 申請人:中國電子科技集團公司第十二研究所