一種消除真空中材料表面電荷的方法與流程

2023-06-01 22:29:47

本發明涉及一種在真空中材料的表面電荷消除方法，具體說是在材料的二次電子(或離子)發射係數測量過程中(不局限於該用途)，能夠完全消除材料表面積累的正電荷和負電荷，使二次電子發射係數測量更加準確和便捷。

背景技術：
在二次電子(或離子)發射係數測量中，將材料放置在真空中，利用電子槍(或離子槍)將電子(或離子)打到材料表面，測量從材料表面發射的二次電子流大小，從材料表面發射的二次電子流與電子槍(或離子槍)打擊到材料表面的電子流(或離子流)之比就是二次電子(或離子)發射係數。通常，在半導體、絕緣體二次電子(或離子)發射係數材料中，由於半導體、絕緣體導電不良，因此電子(或離子)打擊到其表面後，其表面會帶正電荷或負電荷。在電子打擊下，材料的二次電子發射係數大於1時，材料表面帶正電荷；二次電子發射係數小於1時，材料表面帶負電荷，在離子打擊下正好相反。在測量材料的二次電子發射係數時，要求材料表面電位為0電位，為了能夠準確而順利的測量，通常情況是另外再配備一把電子槍和一把離子槍，在測量過程中，當二次電子發射係數大於1，表面已經積累正電荷時，用另外配備的電子槍打擊到材料表面，目的是用該電子槍發射的電子中和表面積累的正電荷；當二次電子發射係數小於1，表面已經積累負電荷時，用另外配備的離子槍打擊到材料表面，目的是用該離子槍發射的離子中和表面積累的負電荷。童林夙等人在1984年11月「真空科學與技術學報」第4卷第6期上，發表了一篇「一個新的測量二次電子發射係數的實驗方法」，介紹了一種採用三槍連續脈衝法測量材料的二次電子發射係數的方法，該方法用一把電子槍進行測量，另外兩把電子槍通過升高和降低材料表面的電位，把材料表面電位穩定在一定的值上，達到複合表面電荷的作用。黃建國等人在中國專利201210219891.0中，介紹了一種在二次電子發射係數測量過程中，在樣品背電極和地線之間設置有自動調壓電路，使得樣品表面電位相對於電子槍之間的電位差保持恆定，從而保證樣品的充電電位得到實時補償。施惠紳等人在中國專利200510113380(公開號CN1949462)中，將導電的光致抗蝕劑光刻在晶片表面，增加晶片的導電性，以減少在離子注入工藝中積累於晶片表面的正電荷。杜伯學、李傑等人在中國專利201210473963(公開號CN103146012A)中，利用滷素元素氣體對聚醯亞胺進行表面改性處理，在材料表面形成一層C-滷素元素結構，有效阻止表面電荷積累，提高了聚醯亞胺材料表面電荷消散的速度。上述幾種二次電子發射係數測量過程中，存在如下問題：1)在測量過程中，無法判斷表面電荷是否複合到0電位了，什麼時候可以繼續進行二次電子發射係數測量。2)表面電位永遠不可能複合到0電位。3)需要配備二把槍，一把電子槍，一把離子槍，或者在樣品背電極和地線間配備自動調壓電路。4)結構複雜，價格昂貴。

技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種方法：不需要結構複雜、價格昂貴的電子槍和離子槍，只採用一種機械裝置就能夠把真空中材料表面積累的電荷複合到0電位，無論材料表面積累的是正電荷還是者負電荷。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的：一種消除真空中材料表面電荷的方法，其特徵在於，通過一運動機構將在材料表面形成表面電荷的樣品移動至一導電橡膠的下方，然後，通過一與該導電橡膠絕緣連接的豎直運動機構，使導電橡膠充分與樣品的表面接觸(為了保證它們充分接觸，導電橡膠上還使用了彈簧機構)，然後通過一連接導電橡膠的真空引線機構，用一個靜電電位計對該樣品表面的電位進行測量，最後，通過電阻和開關將該樣品表面電荷對地放電和短路，從而使樣品表面的電位達到零電位。另一種消除真空中材料表面電荷的方法，其特徵在於，通過一運動機構將在材料表面形成電荷的樣品移動至一導電橡膠的下方，然後，通過一與該導電橡膠電連接的豎直運動機構，使導電橡膠充分與樣品的表面接觸，同時使真空腔體壁良好接地，樣品表面的電荷直接對真空腔體壁放電，從而使樣品表面的電位複合到0電位。上述方案中，所述的運動機構包括帶真空密封的傳遞杆，其一端於置真空腔體外，另一端置於真空腔體內水平離開導電橡膠一段距離，樣品固定在該端上側，通過在真空腔體外驅動該傳遞杆水平移動，使真空腔體內的樣品運動到導電橡膠下方位置。所述的運動機構包括帶真空密封的傳遞杆，其一端置於真空腔體外，另一端置於真空腔體內與導電橡膠運動機構處於同一垂線位置，樣品固定在該端下側，或者前、後側，通過在真空腔體外驅動該傳遞杆原位旋轉，使真空腔體內的樣品轉至與導電橡膠相向位置。本發明相比現有技術，具有以下優點：1、在測量過程中，無論材料表面積累的是正電荷還是負電荷，都可以將電荷全部複合掉，使材料表面電位真正達到0電位，提高了測量的準確性。2、省掉了原來結構複雜、價格昂貴的電子槍和離子槍，大大降低了二次電子發射係數測量設備的價格。3、操作方便、快捷、可靠。附圖說明圖1為本發明方法的一個實施例示意圖。圖中：1、手柄，2、磁流體傳動裝置，3、真空密封圈，4、真空腔體壁(或法蘭)，5、絲槓，6、聯軸節，7、連接體，8、彈簧，9、固定板，10、導電橡膠，11、樣品，12、傳遞杆，13、導線，14、導向套，15、真空密封圈，16、真空電接頭，17、靜電電位計，R、電阻，K、接地開關。為了敘述方便，將1、2、5～10、14稱為導電橡膠運動機構18；將11、12稱為待測樣品運動機構19；將13、15～17稱為真空引線機構20。圖2為本發明方法的另一個實施例示意圖。該圖是在圖1基礎上將連接體7換成導電材料，去掉真空引線機構20。圖3為本發明方法的第三個實施例示意圖。該圖是在圖1基礎上，待測樣品和導電橡膠處於同一位置，轉動樣品就可以實現樣品測量位置和樣品表面電荷複合位置的轉換。圖4為本發明方法的第四個實施例示意圖。該圖是在圖3基礎上，將連接體7換成導電材料，去掉真空引線機構20。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例1如圖1所示，一種消除真空中材料表面電荷的方法，在大氣側與真空側之間的真空腔體壁(或法蘭)4上設置一個帶真空密封作用的導電橡膠運動機構18和一個真空引線機構20，真空側的導電橡膠運動機構18中的導電橡膠10下方設置待測樣品運動機構19，真空引線機構20通過導線14與導電橡膠連接。其中導電橡膠運動機構18的作用是當樣品11運動到導電橡膠10位置下方時，該機構能夠驅動導電橡膠運動，使導電橡膠表面完全接觸到樣品表面；待測樣品運動機構19的作用是將樣品運動到導電橡膠下方位置(圖中虛線位置)，樣品表面電荷複合完成後，樣品又運動到二次電子發射係數測量位置(圖中原始實線位置，也即電子打擊樣品的位置)；真空引線機構20的作用是將導電橡膠的電位引出到真空腔體壁外大氣側，以便將樣品表面電位通過電阻R和開關K接地，或對樣品的表面電位進行測量等處理。導電橡膠運動機構18由手柄1、磁流體傳動裝置2、絲槓5、導向套14、聯軸節6、連接體7、彈簧8、固定板9、導電橡膠10等組成。真空密封的磁流體傳動裝置能夠將真空動密封轉變為真空靜態密封，通過轉動手柄、絲槓、導向套的作用，能夠將真空腔體壁外的轉動轉變為真空腔體壁內聯軸節6、連接體7、彈簧8、固定板9和導電橡膠10的上下直線運動，使運動機構頂端導電橡膠10上下平行地壓在樣品11表面，把表面電荷導走。導電橡膠不僅導電良好，而且在受壓時能夠變形，以使導電橡膠的表面完全接觸到材料表面，把材料表面的電荷全部導走，同時，為了確保導電橡膠能夠完全接觸到材料表面，還在固定板的邊緣用4個彈簧和連接體連接起來。連接體7的作用是將導電橡膠的電位與真空腔體壁絕緣，以便對表面電荷進行測量、處理或通過電阻R、開關K對地放電。彈簧和固定板的作用都是為了使樣品表面能夠更完全接觸到導電的物體(圖2)，把樣品表面的電荷完全導走，因為樣品一般是絕緣體或半導體，在樣品加工時，樣品表面做不到絕對平整。真空密封圈3、15的作用是將大氣側和真空側的部件起到真空密封的作用。待測樣品運動機構19由樣品11、傳遞杆12等組成。傳遞杆可用帶真空密封的磁力傳遞杆，也可用帶真空密封的焊接波紋管等實現，其目的是通過在真空腔體外的運動，使真空腔體內的樣品運動到複合位置(導電橡膠位置的下方)。真空引線機構20由導線13、真空電接頭16、放電電阻R、開關K、靜電電位計17等組成。真空電接頭能夠在保證真空密封的前提下將導電橡膠的電信號引到真空腔體壁外，放電電阻R、開關K可以實現將導電橡膠10的電位對地進行放電，放電電阻R的值可以為0；也可以用靜電電位計測量表面電位或表面電荷後，再通過放電電阻R、開關K將導電橡膠的電位對地進行放電。在材料二次電子發射係數測量過程中的具體操作過程如下：當電子或離子打到待測材料的樣品11的表面後，在材料表面就會形成表面電荷。通過樣品運動機構19將樣品移動到導電橡膠10的下方，然後，通過導電橡膠運動機構18，使導電橡膠10充分接觸到樣品11的表面，最後，通過真空引線機構20，對樣品材料表面的電位進行測量，通過電阻R和開關K將表面電荷對地放電和短路，從而使樣品表面的電位達到0電位。表面電位複合到0電位後，通過樣品運動機構19再將樣品移動到電子槍下方的位置，進行二次電子發射係數的測量，如此循環，就能夠對材料的二次電子發射進行準確的測量。實施例2如圖2所示，本實施例與圖1不同的是：去掉了真空引線機構20，將連接體7換成導電材料，真空腔體壁良好接地，導電橡膠運動機構全部採用導電性能良好的材料製成。當樣品運動到導電橡膠位置時，轉動手柄使導電橡膠接觸到樣品表面，樣品表面的電荷直接對真空腔體壁放電，從而使樣品表面的電位複合到0電位。實施例3如圖3所示，本實施例與圖1不同的是：樣品11位置與導電橡膠運動機構處於同一垂線位置，樣品只要通過傳遞杆旋轉一定的角度，就可使樣品表面和導電橡膠表面相對，通過轉動手柄旋轉，就可以使導電橡膠接觸到樣品表面，從而使樣品表面積累的電荷複合到0電位。一般來說樣品表面與導電橡膠的側向夾角可以為45度至315度之間(圖中為180度)。實施例4如圖4所示，本實施例與圖3不同的是：去掉了真空引線機構20，將連接體7換成導電材料，真空腔體壁良好接地，導電橡膠運動機構全部採用導電性能良好的材料製成(同實施例2)。當樣品運動到導電橡膠位置時，轉動手柄使導電橡膠接觸到樣品表面，樣品表面的電荷直接對真空腔體放電，從而使樣品表面的電位複合到0電位。