介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，該系統(tǒng)包括：電子槍、桶狀收集極、樣品托、以及總電源，其中，桶狀收集極的頂端開(kāi)設(shè)有圓孔，樣品托設(shè)置于桶狀收集極中，電子槍設(shè)置于桶狀收集極外側(cè)，樣品托、圓孔、以及電子槍發(fā)射端均在同一直線上；樣品托通過(guò)第一電阻與總電源的接地端相連，電子槍與總電源的負(fù)極相連；桶狀收集極上連接有正負(fù)極相反的第一電源和第二電源，第一電源和第二電源的另一端連接有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通過(guò)第二電阻與總電源的接地端相連接。本發(fā)明只需要一把電子槍?zhuān)粋€(gè)收集極，就能夠?qū)悠返亩坞娮影l(fā)射系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，使得測(cè)量周期縮短，效率提高，并且本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子科學(xué)與【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在進(jìn)行介質(zhì)材料二次電子發(fā)射系數(shù)(SEY)的測(cè)量時(shí)，由于介質(zhì)材料導(dǎo)電性差，使得在測(cè)量過(guò)程中介質(zhì)材料表面產(chǎn)生帶電現(xiàn)象。帶電現(xiàn)象導(dǎo)致樣品表面電位發(fā)生改變,致使材料二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量不準(zhǔn)確甚至無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。在現(xiàn)有介質(zhì)材料二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法中，為了消除材料的帶電現(xiàn)象，早期，人們采用單脈沖的電子槍法進(jìn)行測(cè)量。在單脈沖測(cè)量方法中，要求在兩次脈沖間隔期間，設(shè)法對(duì)樣品加熱，使樣品表面已經(jīng)帶的電荷泄放出去。單脈沖法測(cè)量周期長(zhǎng)，很費(fèi)時(shí)間，因而測(cè)量效率不高。目前，廣泛采用的是雙電子槍的測(cè)量方法。在雙電子槍中，脈沖電子槍作為測(cè)量槍?zhuān)绷麟娮訕屪鳛橹泻蜆尅＿@兩把電子槍的配合十分重要，例如，測(cè)量槍的電流要小于中和槍的電流；中和槍出射的電子束希望是彌散的；由中和槍發(fā)射的電子束能量要小于leV。此外，在測(cè)量裝置中，收集極與樣品間需要有多層接地的柵網(wǎng)配合等等。這些因素使得整個(gè)測(cè)量裝置非常復(fù)雜，成本較高，而且測(cè)量方法也復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種測(cè)量周期短、效率高的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，包括:電子槍、桶狀收集極、樣品托、以及總電源，其中，桶狀收集極的頂端開(kāi)設(shè)有圓孔，樣品托設(shè)置于桶狀收集極中，電子槍設(shè)置于桶狀收集極外側(cè)，樣品托、圓孔、以及電子槍發(fā)射端均在同一直線上；
[0006]樣品托通過(guò)第一電阻與總電源的正極相連，總電源的正極接地，電子槍與總電源的負(fù)極相連；
[0007]桶狀收集極上連接有正負(fù)極相反的第一電源和第二電源，第一電源和第二電源的另一端連接有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通過(guò)第二電阻與總電源的正極相連接。
[0008]還包括真空室，電子槍、桶狀收集極、以及樣品托設(shè)置于真空室中。
[0009]所述真空室的真空氣壓小于3X 10_3Pa。
[0010]所述總電源為直流高壓穩(wěn)壓電源。
[0011]所述第一電源和第二電源為電壓為40V的直流電源。
[0012]一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0013]I)調(diào)節(jié)電子槍參數(shù)以及總電源的負(fù)輸出，以使得電子槍發(fā)射出聚焦?fàn)顟B(tài)的電子束；
[0014]2)在第一電阻和第二電阻上連接示波器；[0015]3)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使得桶狀收集極與電極為正極的第一電源連通，并使電子槍工作于單次脈沖狀態(tài)，用示波器記錄下流過(guò)第一電阻的第一單次電流脈沖波形，以及流過(guò)第二電阻的第二單次電流脈沖波形；
[0016]4)根據(jù)第一單次電流脈沖波形和第二單次電流脈沖波形，讀出第一單次電流脈沖波形和第二單次電流脈沖波形的幅度，計(jì)算出二次電子發(fā)射系數(shù)；
[0017]5)保持總電源的輸出不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，將桶狀收集極與電極為負(fù)極的第二電源連通，讓電子槍工作在連續(xù)脈沖狀態(tài)，以中和樣品表面所帶的正電荷；
[0018]6)重復(fù)I)?5)的過(guò)程，繪制二次電子發(fā)射系數(shù)與入射電子能量的關(guān)系曲線。
[0019]所述電子槍發(fā)射出聚焦?fàn)顟B(tài)的電子束能量為20?3000eV。
[0020]所述步驟3)中，電子槍工作于單次脈沖狀態(tài)時(shí)脈沖寬度為120?200us。
[0021]所述步驟5)中，電子槍工作在連續(xù)脈沖狀態(tài)時(shí)的脈沖寬度為120?200us，脈沖重復(fù)頻率為100?1000Hz，電子槍工作時(shí)間為10?30s。
[0022]其特征在于，所述電子槍、桶狀收集極、以及樣品托設(shè)置于真空室中，且真空室的真空氣壓小于3X10-3Pa。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果為:
[0024]本發(fā)明提供了一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，由于本發(fā)明中，在用于收集二次電子的桶狀收集極上連接有能夠進(jìn)行正負(fù)極切換的電源，使得在進(jìn)行完一次測(cè)量后，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將桶狀收集極與電源負(fù)極相連接，對(duì)上一次測(cè)量時(shí)，樣品表面遺留下的正電荷進(jìn)行中和，消除了樣品的帶電現(xiàn)象，因此，本發(fā)明只需要一把電子槍?zhuān)粋€(gè)收集極，就能夠?qū)悠返亩坞娮影l(fā)射系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，使得測(cè)量周期縮短，效率提高，并且本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
[0025]本發(fā)明還提供了一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，由于樣品表面帶正電荷，這些電荷的存在將影響下一次的測(cè)量，因此，通過(guò)對(duì)收集極施加負(fù)偏壓，使得樣品出射的二次電子都被反射回樣品，將樣品表面的正電荷中和掉，達(dá)到消除樣品表面帶正電荷的目的，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明測(cè)量方法簡(jiǎn)便，并且能夠提高了二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性，縮短了測(cè)量周期，提高了測(cè)試效率，并且測(cè)量方法簡(jiǎn)便。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明實(shí)施例Si02薄膜材料二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量結(jié)果曲線圖。
[0028]圖中，I為電子槍,2為桶狀收集極,3為樣品托,4為總電源,5為第一電源,6為第二電源，7為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，包括:電子槍1、桶狀收集極2、樣品托3、以及總電源4，其中，電子槍1、桶狀收集極2、以及樣品托3設(shè)置于真空室中，真空室內(nèi)的真空度為高真空，真空室的真空氣壓小于3X10-3Pa ;總電源4為直流高壓穩(wěn)壓電源。真空室內(nèi)的桶狀收集極2的頂端開(kāi)設(shè)有圓孔，樣品托3設(shè)置于桶狀收集極2中，電子槍I設(shè)置于桶狀收集極2外側(cè)，樣品托3、圓孔、以及電子槍I發(fā)射端均在同一直線上；當(dāng)電子槍I發(fā)出的電子束，以一定的能量穿過(guò)桶狀收集極2上的圓孔，轟擊到樣品時(shí)，樣品便產(chǎn)生二次電子。
[0031]樣品托3通過(guò)第一電阻Rl與總電源4的正極相連，總電源4的正極接地，電子槍I與總電源4的負(fù)極相連；電子槍I的燈絲接直流高壓穩(wěn)壓電源的負(fù)輸出，樣品托3接直流高壓穩(wěn)壓電源的接地端，這樣，電子束轟擊樣品時(shí)的能量就由直流高壓穩(wěn)壓電源的輸出決定，電子槍I的輸出束流由電子槍燈絲電流或調(diào)制極電位控制，此外，電子槍I可以工作在單次脈沖或連續(xù)脈沖狀態(tài)，電子槍I的工作狀態(tài)可以通過(guò)控制電子槍中調(diào)制極電位的狀態(tài)(單次或連續(xù)脈沖)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0032]桶狀收集極2上連接有正負(fù)極相反的第一電源5和第二電源6，第一電源5和第二電源6的另一端連接有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7通過(guò)第二電阻R2與總電源4的接地端相連接，其中，所述第一電源5和第二電源6為電壓為40V的直流電源。
[0033]需要說(shuō)明的，本發(fā)明中桶狀收集極2為金屬桶狀收集極，樣品托3為平板金屬樣品托，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7為單刀雙擲開(kāi)關(guān)。
[0034]本發(fā)明的工作原理為:
[0035]在進(jìn)行二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量時(shí)，電子槍I工作在單次脈沖狀態(tài)脈沖寬度為120?200us，總電源2與第一電源5連接，桶狀收集極2電位比樣品電位高40伏，以利于收集二次電子。樣品發(fā)射出的二次電子被桶狀收集極2捕獲形成二次電子對(duì)應(yīng)的電流，該電流經(jīng)取樣第二電阻R2由示波器測(cè)出。與此同時(shí)，經(jīng)樣品托也形成一個(gè)電流脈沖，經(jīng)取樣第一電阻Rl由示波器測(cè)出。由示波器記錄的第一電阻R1、第二電阻R2上的脈沖峰值URl和UR2，計(jì)算出二次電子發(fā)射系數(shù)SEYJP SEY=UR2/ (UR1+UR2)。
[0036]當(dāng)上一次測(cè)量工作完成后，樣品表面會(huì)帶電荷，電荷的極性可以從SEY的大小判斷出來(lái)。若SEY>1，則樣品表面帶正電荷；若SEY〈1，則樣品表面帶負(fù)電荷。這些電荷的存在將影響下一次的測(cè)量。因此，在二次測(cè)量之間，應(yīng)該對(duì)上一次測(cè)量遺留下的電荷進(jìn)行中和。中和是在樣品表面帶正電荷時(shí)進(jìn)行的。中和時(shí)，設(shè)置桶狀收集極2電位比樣品電位低40伏，入射電子能量保持上一次測(cè)量時(shí)的能量，并讓電子槍工作在連續(xù)脈沖狀態(tài)。中和的基本原理是，在桶狀收集極2為負(fù)偏壓時(shí)，樣品出射的二次電子基本上都被反射回樣品，將樣品表面的正電荷中和掉。合理選擇電子槍I工作時(shí)的脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率、電子槍I工作時(shí)間是必要的。以Si02薄膜為例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子槍工作時(shí)的脈沖寬度為120?200us，脈沖重復(fù)頻率為100?1000Hz，電子槍工作時(shí)間為10?30s時(shí)，中和效果較好。
[0037]若上一次的測(cè)量工作結(jié)束后，樣品表面帶負(fù)電荷的話，可以通過(guò)改變電子束入射能量并對(duì)樣品進(jìn)行轟擊，讓樣品表面帶正電荷后，再按上述方法進(jìn)行中和。
[0038]本發(fā)明還提供了一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0039]I)調(diào)節(jié)電子槍參數(shù)以及總電源4的負(fù)輸出，以使得電子槍發(fā)射出聚焦?fàn)顟B(tài)的電子束，電子束能量為20?3000eV ；
[0040]2)在第一電阻Rl和第二電阻R2上連接示波器；
[0041]3)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7，使得桶狀收集極2與電極為正極的第一電源5連通，并使電子槍工作于單次脈沖狀態(tài)，用示波器記錄下流過(guò)第一電阻Rl的第一單次電流脈沖波形，以及流過(guò)第二電阻R2的第二單次電流脈沖波形，電子槍工作于單次脈沖狀態(tài)時(shí)脈沖寬度為120 ?200us ；
[0042]4)根據(jù)第一單次電流脈沖波形和第二單次電流脈沖波形，讀出第一單次電流脈沖波形和第二單次電流脈沖波形的幅度，計(jì)算出二次電子發(fā)射系數(shù)；
[0043]5)保持總電源4的輸出不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7，將桶狀收集極2與電極為負(fù)極的第二電源6連通，讓電子槍工作在連續(xù)脈沖狀態(tài)，以中和樣品表面所帶的正電荷，電子槍工作在連續(xù)脈沖狀態(tài)時(shí)的脈沖寬度為120?200us，脈沖重復(fù)頻率為100?1000Hz，電子槍工作時(shí)間為10?30s ；
[0044]6)重復(fù)I)?5)的過(guò)程，繪制二次電子發(fā)射系數(shù)與入射電子能量的關(guān)系曲線。
[0045]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中所述電子槍1、桶狀收集極2、以及樣品托3設(shè)置于真空室中，且真空室的真空氣壓小于3 X 10-3Pa。
[0046]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
[0047]下面以以Si02薄膜為例，按照本發(fā)明的測(cè)量方法，測(cè)量了 Si襯底上，厚度約500nm的Si02薄膜樣品的二次電子發(fā)射系數(shù)，結(jié)果如圖2所示。測(cè)量結(jié)果表明，Si02薄膜樣品SEY的最大值約4.1，最大值的位置約400eV。整個(gè)曲線較為光滑，未出現(xiàn)明顯的帶電現(xiàn)象。說(shuō)明本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果可行。
[0048]另外，顯示出，電子槍I工作時(shí)的脈沖寬度為120?200us，脈沖重復(fù)頻率為100?1000Hz,電子槍I工作時(shí)間為10?30s時(shí)，中和效果較好。
[0049]本發(fā)明對(duì)研究介質(zhì)材料二次電子發(fā)射特性，提供了一種新的測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法。該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，而且測(cè)量方法簡(jiǎn)便、測(cè)量周期短效率高。
【權(quán)利要求】
1.一種介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括:電子槍(I)、桶狀收集極(2)、樣品托(3)、以及總電源(4)，其中，桶狀收集極(2)的頂端開(kāi)設(shè)有圓孔，樣品托(3)設(shè)置于桶狀收集極(2)中，電子槍(I)設(shè)置于桶狀收集極(2)外側(cè)，樣品托(3)、圓孔、以及電子槍(I)發(fā)射端均在同一直線上； 樣品托(3)通過(guò)第一電阻(Rl)與總電源(4)的正極相連，總電源(4)的正極接地，電子槍(I)與總電源(4)的負(fù)極相連； 桶狀收集極(2)上連接有正負(fù)極相反的第一電源(5)和第二電源(6)，第一電源(5)和第二電源(6)的另一端連接有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(7)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(7)通過(guò)第二電阻(R2)與總電源(4)的正極相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，還包括真空室，電子槍(I)、桶狀收集極(2)、以及樣品托(3)設(shè)置于真空室中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述真空室的真空氣壓小于3X 10_3Pa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述總電源(4)為直流高壓穩(wěn)壓電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電源(5)和第二電源(6)為電壓為40V的直流電源。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)調(diào)節(jié)電子槍參數(shù)以及總電源(4)的負(fù)輸出，以使得電子槍發(fā)射出聚焦?fàn)顟B(tài)的電子束； 2)在第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)上連接示波器； 3)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(7)，使得桶狀收集極(2)與電極為正極的第一電源(5)連通，并使電子槍工作于單次脈沖狀態(tài)，用示波器記錄下流過(guò)第一電阻(Rl)的第一單次電流脈沖波形，以及流過(guò)第二電阻(R2)的第二單次電流脈沖波形； 4)根據(jù)第一單次電流脈沖波形和第二單次電流脈沖波形，讀出第一單次電流脈沖波形和第二單次電流脈沖波形的幅度，計(jì)算出二次電子發(fā)射系數(shù)； 5)保持總電源(4)的輸出不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(7)，將桶狀收集極(2)與電極為負(fù)極的第二電源(6)連通，讓電子槍工作在連續(xù)脈沖狀態(tài)，以中和樣品表面所帶的正電荷； 6)重復(fù)I)?5)的過(guò)程，繪制二次電子發(fā)射系數(shù)與入射電子能量的關(guān)系曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述電子槍發(fā)射出聚焦?fàn)顟B(tài)的電子束能量為20?3000eV。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟3)中，電子槍工作于單次脈沖狀態(tài)時(shí)脈沖寬度為120?200us。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟5)中，電子槍工作在連續(xù)脈沖狀態(tài)時(shí)的脈沖寬度為120?200us，脈沖重復(fù)頻率為100?1000Hz,電子槍工作時(shí)間為10?30s。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述的介質(zhì)薄膜的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述電子槍(I)、桶狀收集極(2)、以及樣品托(3)設(shè)置于真空室中，且真空室的真空氣壓小于3Xl(T3Pa。
【文檔編號(hào)】G01N23/22GK103713001SQ201310647561
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】翁明, 曹猛, 張海波 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)