西安交通大学XIANJIAOTONGUNIVERSITY先进表征及诊断方法-II固体介质表面二次电子发射及陷特性联合测量西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898
先进表征及诊断方法-Ⅱ ——固体介质表面二次电子发射及陷 阱特性联合测量 西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心
物理概念一二次电子发射和陷阱特性口二次电子口电荷陷阱固体介质中俘获电子或空穴的局域能级：一定能量的带电粒子轰击固体（金属/半导体）绝缘体）表面而发射电子的现象。缺陷、杂质、化学键断裂、重构等入射电子e背散射电子eO俄歇电子CX射线真二次电子电子陷阱样品&um空穴陷阱缺陷杂质本征原子n=f(Eou)5.0O8-fi(Ein)低密度聚乙烯介质4.5电子陷阱真二次弹性24.0O空穴陷阱2=IJp电子散射电子N=f(E)自1特征能量损失峰1.5俄歇电子ME51.0座0.5~50EmEEE?m0.0入射电子能量二次电子能量0.900.951.050.851.001.10陷阱能级(eV)二次电子发射系数二次电子能谱分布陷阱密度-能级分布-2-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- 物理概念 — 二次电子发射和陷阱特性 p 二次电子 一定能量的带电粒子轰击固体(金属/半导体/ 绝缘体)表面而发射电子的现象。 e p 电荷陷阱 固体介质中俘获电子或空穴的局域能级： 缺陷、杂质、化学键断裂、重构等。 =f1(Ein) n=f2(Eout) =Is/Ip 二次电子发射系数 二次电子能谱分布 e e 陷阱密度能级分布 e 电子陷阱 空穴陷阱 本征原子 缺陷杂质 Nt=f(Et)
重大工程问题举例1一航天器表面充放电和微放电破坏2007年NASA统计326次高真空高低温带电粒子航天器事故太阳电池阵8%11%5%放电事故占3%4%50%以上微波部件29%口带电粒子轰击引起的充放电效应是导致航天器故障的主要原因；放电破坏帆板驱动机构口我国多颗导航、通信卫星在轨运行或地面实验中多次发生充放电和微放电破坏-3-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- 重大工程问题举例1 — 航天器表面充放电和微放电破坏 p带电粒子轰击引起的充放电 效应是导致航天器故障的主要 原因； p我国多颗导航、通信卫星在 轨运行或地面实验中多次发生 充放电和微放电破坏。 高真空 高低温 带电粒子 45% 29% 4% 3% 11% 8% 放电事故占 50%以上 2007年NASA统计326次 航天器事故
重大工程问题举例2脉冲功率核聚变的绝缘沿面放电破坏高真空带电粒子我国和欧美大国启动了**模拟与核聚变我国前期样机建三液装置能源项目（惯约重大专项“聚龙1号”实物图聚变区元9中子氙直径~33m聚变区前面的真空-固体沿面运行中放电照片绝缘放电是制约“瓶颈？之一期望工作电场>14MV/m聚变区实际工作电场<10MV/m差距>40%体积庞大导致装备性能低、-4-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 直径~ 33 m 高 度 ~ 6 m 重大工程问题举例2 —脉冲功率核聚变的绝缘沿面放电破坏 高真空 带电粒子 聚变区 我国前期样机—— “聚龙1号”实物图 运行中放电照片 我国和欧美大国启动了**模拟与核聚变 能源项目 (惯约重大专项) u 聚变区前面的真空-固体沿面 绝缘放电是制约“瓶颈” 之一 u 期望工作电场>14MV/m u 实际工作电场<10MV/m u 差距>40% u 导致装备性能低、体积庞大 聚变区
基础物理问题举例一高灵敏光电探测器件的电子发射/倍增低温高真空带电粒子>光电倍增管、微通道板医疗器>广泛用于空间探索、射线探测械（如PET-CT）等多个方面扫描电镜空间探索一阿尔法磁谱仪2号医疗器械—PET-CT高灵敏光电探测器件一直是我国先进测量领域的发展短板，尤其是先进光电倍增阴极材料；绝大部分依赖进口，特别是高端电镜领域，几乎100%进口。-5-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 基础物理问题举例 — 高灵敏光电探测器件的电子发射/倍增 Ø光电倍增管、微通道板 Ø广泛用于空间探索、射线探测、医疗器 械(如PET-CT) 等多个方面 高真空 低温 带电粒子 空间探索—阿尔法磁谱仪2号 医疗器械—PET-CT Ø 高灵敏光电探测器件一直是我国先进测量领域的发展短板，尤其是先进光 电倍增阴极材料； Ø 绝大部分依赖进口，特别是高端电镜领域，几乎100%进口。 扫描电镜