2.3　表面形貌对金属二次电子发射影响的实验与理论研究

2.3　表面形貌对金属二次电子发射影响的实验与理论研究

材料表面二次电子发射特性主要由材料本身的特性（如原子序数、原子核外电子、晶格结构等）决定，但取决于表面微观起伏、氧化、沾污等因素，同种材料的二次电子发射特性可能在很大范围内波动。对于微波部件，材料表面形貌的变化可能导致其微放电阈值功率呈现数倍甚至十几倍的差异。因此，本节针对具体工艺条件下具有一定表面状态的金属材料开展二次电子发射特性研究，为2.4节研究表面形貌对微放电阈值的影响建立理论基础。

对于金属材料表面由机械加工或者三维微结构引起的二次电子发射特性以及相应的微放电阈值的改变，目前鲜有公开报道。技术困难主要在两方面：其一，机械加工的随机性很强，同样的表面粗糙度可能表征无穷多种表面形貌；其二，表面形貌物理尺度往往在微米（甚至纳米）量级，而微波部件的物理尺度往往在毫米、厘米甚至更大量级，尺度上相差三个以上数量级，导致无法同时建模进行数值模拟。

在本章中，以二次电子发射特性为桥梁，解决材料表面形貌与微波部件之间的尺度差异导致的微放电阈值无法分析的难题，从微观到宏观，从电子、原子特性到电性能、微放电阈值功率，获得表面形貌与微放电效应之间的影响关系。

首先，将金属材料表面形貌分为随机粗糙起伏和表面微孔隙。其中，随机粗糙起伏定义为任意起伏点相对于表面平均高度的差值，用平均粗糙度Ra表示：

式中，N——采样点个数；

pi——采样点高度与表面等高线最小均方值之间的差值，m。

表面微孔隙采用三维结构特征进行表征，用深宽比AR和孔隙率ρ表示。AR表示表面微孔隙的深度与宽度的比值。一般而言，AR越大，对入射电子的束缚效果就越好，相应的表面SEY就越低。ρ表示表面微孔隙所占表面积与总表面积的比值，ρ越大，即表面微孔隙的比例越大。