2.3.1 随机粗糙起伏SEE特性实验和模型拟合研究
采用机械加工的方法在样片表面制备形成不同的随机粗糙度。样片的材料为铝合金，尺寸为10 mm×20 mm×1 mm，如图2-11所示。图2-12给出了具有不同随机粗糙度样片的微观三维形貌图，采用三维激光扫描显微镜（LSM，Keyence VK-9700）获得表面的起伏形貌，以及表面平均粗糙度。
图2-11 具有不同随机粗糙度的铝合金样片
如图2-12所示，当样片表面由于机械加工而具有不同随机粗糙度时，表面起伏在数十微米甚至百微米量级，同时具有较强的随机性。此时，仅用Ra表征其平均起伏程度，而不考虑其表面形貌。
图2-12 具有不同表面随机粗糙度样片的微观三维形貌图（附彩图）
（a）Ra=0.1 μm；（b）Ra=0.3 μm；（c）Ra=1.6 μm；（d）Ra=2.3 μm；（e）Ra=3.9 μm；（f）Ra=6.4 μm
采用偏压电流法进行二次电子发射特性测试，得到图2-12中样片在不同入射角度下的SEY曲线，如图2-13所示。
图2-13 具有不同表面随机粗糙度样片在不同入射角度下的SEY曲线（附彩图）
（a）Ra=0.1 μm；（b）Ra=0.3 μm；（c）Ra=1.6 μm；
（d）Ra=2.3 μm；（e）Ra=3.9 μm；（f）Ra=6.4 μm
采用修正Vaughan模型对样片的SEE特性测量结果进行拟合，结果如表2-4所示。
表2-4 具有不同表面随机粗糙度铝合金材料的SEE特性Vaughan模型拟合参数
如图2-14所示，当金属样品表面制备为具有随机粗糙度时，对其二次电子发射特性的影响如下：
（1）对于同种样片材料，在垂直入射时，SEY的最大值δmax在表面状态达到理想光滑（Ra≤0.1 μm）时达到最小。此时，表面越光滑，δmax越小。
（2）表面状态越光滑（即表面随机粗糙度越小），SEY随入射角度的变化越大。SEY在不同入射角度下呈现较大范围的变化。
（3）随着表面状态越来越粗糙（即随机粗糙度逐渐增大），δmax呈现先增大后减小的趋势。当粗糙度增大到一定值（Ra≥2 μm）时，对SEY有一定的抑制作用。
（4）当表面随机粗糙度持续增大（Ra≥2 μm）时，样片表面SEY随不同入射角度的变化几乎可以忽略（ks≈0），在不同的入射角度下呈现几乎相同的SEE特性。
图2-14 具有不同表面随机粗糙度样片在不同入射角度下的δmax变化趋势（附彩图）