喬守全

山西晉中學(xué)院，山西晉中 030600

電子能譜儀是進(jìn)行表面分析測(cè)量的一種常用儀器設(shè)備。通道式電子倍增器是進(jìn)行真空電子與離子探測(cè)實(shí)現(xiàn)的電子倍增計(jì)數(shù)儀器，它在進(jìn)行電子以及離子的真空探測(cè)應(yīng)用過(guò)程中，其真空探測(cè)工作情況直接對(duì)于所分析采集的電子以及離子譜的質(zhì)量有著一定的影響和作用，并且在進(jìn)行電子以及離子探測(cè)應(yīng)用中，通道式電子倍增器具有工作運(yùn)行電壓低以及能夠進(jìn)行探測(cè)粒子的能量動(dòng)態(tài)范圍比較廣的特征優(yōu)勢(shì)，并且在進(jìn)行10eV 至10keV 粒子能量范圍內(nèi)的探測(cè)中具有較好的線(xiàn)性關(guān)系。

通常情況下，通道式電子倍增器是一種使用玻璃制成的螺旋狀管，在通道式電子倍增器的管道內(nèi)壁涂有一層高電阻材料，典型電阻值為3000MΩ，通道式電子倍增器兩極在高壓影響下，電壓值多為1.5kV ～4.0kV。通道式電子倍增器在進(jìn)行電子以及離子的探測(cè)過(guò)程中，可以將通道式電子倍增器中的螺旋管看作是由多個(gè)電阻串聯(lián)組成的多級(jí)小型倍增管，這樣電子倍增器進(jìn)行電子以及離子探測(cè)過(guò)程中，被接收到電子撞擊到螺旋管內(nèi)壁上時(shí)，就會(huì)在級(jí)聯(lián)倍增作用下產(chǎn)生二次電子，螺旋倍增管的總增益值可達(dá)到108 倍，這些電子增益值最終會(huì)被通道式電子倍增器的正極進(jìn)行接收，并轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，通過(guò)電子能譜儀顯示出來(lái)。

1 彈性二次電子測(cè)量條件與方法分析

1.1 測(cè)量特征優(yōu)勢(shì)分析

通道式電子倍增器在電子與離子探測(cè)過(guò)程中，工作電壓對(duì)探測(cè)收集譜的質(zhì)量有很大的影響。因此，在實(shí)際探測(cè)應(yīng)用中，首先需要進(jìn)行電子倍增器的工作曲線(xiàn)測(cè)定，然后在根據(jù)電子能譜儀的探測(cè)工作模式，對(duì)于電子倍增器的工作電壓進(jìn)行確定。在實(shí)際探測(cè)應(yīng)用中，正確進(jìn)行通道式電子倍增器的應(yīng)用，不僅能夠?qū)τ陔娮颖对銎魈綔y(cè)收集的能量譜質(zhì)量進(jìn)行保證，同時(shí)也可以適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)電子倍增器的使用壽命。

通常情況下，進(jìn)行電子能譜分辨率以及電子倍增器工作曲線(xiàn)的測(cè)量中，比較常用的測(cè)量方法為，通過(guò)在不同工作電壓情況下，應(yīng)用電子倍增器對(duì)于標(biāo)樣的元素特征光電子峰值以及俄歇峰強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)對(duì)于電子倍增器的測(cè)量工作曲線(xiàn)進(jìn)行繪制。應(yīng)用這種方式進(jìn)行電子能譜儀分辨率與電子倍增器工作曲線(xiàn)的測(cè)量，不僅測(cè)量過(guò)程比較繁瑣，并且很難對(duì)于強(qiáng)信號(hào)響應(yīng)之類(lèi)的信息進(jìn)行分析測(cè)定。應(yīng)用彈性二次電子進(jìn)行電子能譜儀與電子倍增器工作工作曲線(xiàn)測(cè)量，則可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)于通道式電子倍增器的工作曲線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量實(shí)現(xiàn)。

1.2 測(cè)量條件與方法分析

應(yīng)用彈性二次電子測(cè)量電子能譜分辨率與電子倍增器工作曲線(xiàn)，首先需要進(jìn)行電子槍的能量以及束流強(qiáng)度情況調(diào)節(jié)，將電子槍能量以及束流強(qiáng)度值調(diào)節(jié)至探測(cè)所需值后，就可以通過(guò)二次電子成像系統(tǒng)，將電子束定位到測(cè)量樣品臺(tái)上，并保持樣品臺(tái)與地面有很好的電接觸。通常情況下，如果電子槍的能量為2000eV，束流為0.2nA 時(shí)，可以將電子槍的束斑調(diào)節(jié)到10μm。這時(shí)，在固定好電子槍有關(guān)的電子束能量與束流強(qiáng)度后，使用脈沖計(jì)數(shù)模式在不同的電子倍增器工作電壓值下，進(jìn)行探測(cè)樣品測(cè)量譜圖的采集，并進(jìn)行電子倍增器工作曲線(xiàn)的繪制。

需要注意的是，在利用彈性二次電子進(jìn)行電子能譜分辨率與電子倍增器工作曲線(xiàn)的測(cè)量實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，對(duì)于樣品測(cè)量譜圖的采集都是在固定能量減速比模式為10 的情況下進(jìn)行采集的，并且在進(jìn)行樣品譜圖測(cè)量采集過(guò)程中，還要注意測(cè)量樣品的束流強(qiáng)度不能過(guò)大，通常要在5nA 以下，以避免產(chǎn)生損壞探測(cè)儀器的電子信號(hào)放大系統(tǒng)。

2 彈性二次電子的測(cè)量結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)通道式電子倍增器在不同工作電壓值下，在銅樣品臺(tái)表面測(cè)得的彈性電子譜峰結(jié)果進(jìn)行分析可知，通道式電子倍增器在進(jìn)行上圖所示銅樣品臺(tái)表面彈性電子譜峰值測(cè)量中，使用的一次電子束流強(qiáng)度為0.22nA，根據(jù)上圖所示測(cè)量結(jié)果可以知道，當(dāng)電子倍增器的測(cè)量工作電壓值為1.60kV 時(shí)，對(duì)于同樣品臺(tái)表面的彈性電子譜峰測(cè)量信號(hào)值非常小，并且測(cè)量過(guò)程中信噪比比較差，而隨著電子倍增器測(cè)量過(guò)程中工作電壓值的增加，進(jìn)行測(cè)量的銅樣品臺(tái)彈性電子譜峰信號(hào)逐漸增強(qiáng)，并且測(cè)量過(guò)程中信噪比也逐漸得到改善，并且在電子倍增器的測(cè)量工作電壓值達(dá)到1.77kV 時(shí)，對(duì)于銅樣品臺(tái)的彈性電子譜峰測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度不在發(fā)生增強(qiáng)變化，這也就說(shuō)明在這一測(cè)量工作電壓值下，電子倍增器的增益值不再進(jìn)行增加變化，增益保持在一個(gè)平臺(tái)范圍。并且在測(cè)量中，電子倍增器測(cè)量過(guò)程中，如果電子束流強(qiáng)度增加到1.8nA 時(shí)，所測(cè)量的彈性電子譜峰值會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的畸變，表明電子倍增器的工作處于飽和狀態(tài)。

3 結(jié)論

總之，利用彈性二次電子能夠方便快捷地進(jìn)行電子能譜分辨率與電子倍增器工作曲線(xiàn)測(cè)量，在實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中，應(yīng)注意避免通道式電子倍增器在強(qiáng)信號(hào)環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量使用，即使在強(qiáng)信號(hào)環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量應(yīng)用，也應(yīng)注意適當(dāng)降低電壓，減小增益，以防止電子倍增器發(fā)生嚴(yán)重衰變影響測(cè)量。

[1]黃桃，楊中海，金勇兵，金曉林，胡權(quán)，秦鈺昆.多級(jí)降壓收集極CAD中的二次電子發(fā)射模型[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2008(5).

[2]劉臘群，劉大剛，王學(xué)瓊，彭凱，楊超.三維PIC數(shù)值模擬中二次發(fā)射的實(shí)現(xiàn)[J].強(qiáng)激光與粒子束，2012(8).

[3]馮仁劍，張海波，王順勇.絕緣膜負(fù)帶電時(shí)的表面局部電場(chǎng)與二次電子返回特性[J].半導(dǎo)體學(xué)報(bào)，2004(1).

[4]孟顯，王友年，馬騰才.電子發(fā)射對(duì)穩(wěn)態(tài)等離子體鞘層影響的理論研究和數(shù)值模擬[J].強(qiáng)激光與粒子束，2000(3).

[5]李會(huì)民，丁澤軍，孫霞.模擬掃描電鏡像襯度的體構(gòu)件Monte Carlo方法[J].電子顯微學(xué)報(bào)，2005(1).