2.3.2 二次电子发射特性的测量
由于材料自身的性质各不相同，针对不同的材料二次电子发射系数测量方法也应有所区分。对于金属材料，二次电子电流较易测试，可直接通过偏压电流法测得；而对于介质和半导体材料，测量过程中易产生表面充电效应且不易中和，需要使用更为复杂的测量手段。
介质和半导体材料的二次电子发射特性基本上与金属相似，但是由于其表面带电的原因，在测量和研究方法上要相对困难复杂得多。当受到源电子照射时，表面会积累电荷。二次电子发射系数σ＞1时积累正电荷，σ＜1时积累负电荷。电荷累积引起表面电势的改变，改变源电子的入射能量以及二次电子、背散射电子的逃逸能量，从而导致整个二次电子发射系数连续性变化，直到达到动态平衡。因此测试金属二次电子发射系数的方法不适用于介质材料的测试。
针对介质和半导体材料，也可在一定情况下采用直流法和收集极法进行二次电子发射系数测试，但为减少表面带电的影响，一般有以下两种改进措施：
（1）采用短脉冲的源电子束，如果脉冲持续较短，重复率较低，表面带电现象可以忽略，此方法一般用于半导体材料，如果被测材料的导电性很差，产生的表面电荷在脉冲停息时间内漏不掉，这个方法就不适用。
（2）配备一把低能电子枪用于中和表面带电，在初始电子束脉冲停息的时间内平衡掉待测材料的表明电势。
下面以中国空间技术研究院西安分院的介质二次电子发射系数测试系统（见图2-7）为例，详细介绍金属材料二次电子发射系数的测试方法。首先介绍一套高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台和介质材料二次电子产额脉冲测量方法。该平台配备有三层栅网结构的收集器和30～30 000 eV宽能量范围的电子枪，可在10-8 Pa超高真空下测量介质材料的二次电子发射特性，并具备XPS能谱分析、加热和氩离子溅射清洗原位处理分析功能。
图2-7 介质材料二次电子发射特性研究平台结构示意图
该平台由真空系统、预处理分析系统和二次电子发射特性测试系统组成，结构示意图如图2-7所示。平台设计有装样室、存样室、预处理室和分析室等4个腔室。预处理室和分析室分别配备离子泵和钛升华泵，本底真空均优于6×10-8 Pa。
首先，样品经过预处理分析系统，预处理室主要对样品进行氩离子溅射清洗、加热、XPS能谱分析、气体解吸附及气体成分分析，配备有XPS能谱分析装置、氩离子枪、低能电子中和枪和残余气体分析器；接着，样品进入二次电子发射特性测试系统，即分析室，分析室配备了高低能电子枪、电子和离子中和枪以及电子收集器，主要用于测试介质材料的总二次电子产额、背散射二次电子产额以及二次电子能谱。低能电子枪能量范围为30～3 000 eV，高能电子枪能量范围为30～30 000 eV，高低能电子枪均具备直流和脉冲输出两种模式。电子中和枪的电子能量范围为10～100 eV，离子中和枪的离子能量范围为50～1 000 eV。当介质材料的二次电子产额（即二次电子发射系数）大于1时，样品表面会带正电荷，用低能电子枪进行中和，而当二次电子产额小于1时，样品表面会带负电荷，此时用低能离子枪进行中和。
图2-8 电子收集器结构示意图
平台电子收集器的结构如图2-8所示，其由三层栅网和收集极组成。材料发射出的二次电子到达收集极时，会产生二代二次电子，二次电子收集的完全程度决定了二次电子产额的测试精度。如果收集极不能够完全将二代二次电子收集，将给二次电子产额测试带来一定的偏差。该平台采用三层栅网加收集极结构收集二次电子和二代二次电子，测试时第一层栅网和样品之间等电位，第二层栅网、第三层栅网和收集极之间等电位，给第二层栅网施加正偏压（相对于第一层栅网），可在不影响低能入射电子的基础上收集二代二次电子，相比于只有单一收集极结构的收集器，该平台的收集器结构可提高二次电子产额的测试精度。此外，在不同栅网和收集极间施加不同的偏压，还可收集背散射二次电子。在第三层栅极上进行电压扫描，可测量二次电子能谱曲线。
对于导电样品，可在直流模式下用收集极法测量二次电子发射特性，由Keithley 6487E型皮安表测量入射电流和二次电子电流。而对于不导电的样品，可在脉冲模式下用收集极法测量二次电子发射特性。脉冲模式测量时，由HAMEG HM8150型信号发生器输出脉冲信号，触发高能或低能电子枪输出和截止电子束。脉冲电流信号经DHCPA-100型电流放大器放大为电压信号后，由RIGOL DS1054型示波器接收并显示。图2-9是脉冲模式下测量二次电子电流脉冲的接线示意图。
图2-9 二次电子电流脉冲测试示意图