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微米量级表面结构形貌特性对二次电子发射抑制的优化

胡晶 曹猛 李永东 林舒 夏宁

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微米量级表面结构形貌特性对二次电子发射抑制的优化

胡晶, 曹猛, 李永东, 林舒, 夏宁

Optimization of surface morphology with micro meter size for suppressing secondary electron emission

Hu Jing, Cao Meng, Li Yong-Dong, Lin Shu, Xia Ning
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  • 抑制二次电子倍增效应是提高空间大功率微波器件和粒子加速器等设备性能的重要课题,而使用表面处理降低材料的二次电子发射系数是抑制二次电子倍增的有效手段.为优化寻找抑制效果最好的表面形貌,本文采用蒙特卡罗方法模拟了各种微米量级不同表面形貌的二次电子发射特性,研究占空比、深宽比、结构形状及排列方式等的影响.模拟结果表明,正方形、圆形、三角形凸起和凹陷结构的二次电子发射系数随占空比和深宽比的增大而减小,但存在饱和值;凸起结构的排列方式对二次电子发射系数的影响不大,但是凸起结构形状却对二次电子发射系数的影响较大,其中三角形的抑制效果最佳.对凹陷结构而言,不同形状的抑制效果差别不大;同时,占空比和深宽比相同时,凸起结构较凹陷结构抑制效果更佳.究其原因,核心在于垂直侧壁的遮挡效应,凹陷结构遮挡效应的大小与陷阱垂直高度有关,而凸起结构遮挡效应的大小和凸起部分的斜方向投影大小有关.
    Suppression of the secondary electron (SE) multipactor is a key issue for improving the performance of high power microwave devices and particle accelerators. The decrease of the SE emission yield (SEY) by using certain surface morphology is one of the effective methods. To optimize the surface morphology, we simulate the SE emissions of different surface structures by using the Monte Carlo method. The effects of geometric parameters, such as duty ratio of area, depth-to-height ratio, pattern and its arrangement on SEY are investigated. For surface morphology with patterns of square, round and triangle, and for both convex and concave structures, the corresponding values of SEY first decrease and then become steady with the increase of duty ratio of area and depth-to-height ratio. For convex structures, the values of SEY are different for different pattern shapes, in which triangle pattern has the smallest SEY. However, the value of SEY is nearly independent of arrangement of pattern. For concave structures, on the other hand, the value of SEY is scarcely different for different patterns or different arrangements. In general, a convex structure has a better suppression effect than a concave structure if other geometric parameters are identical. The shading effect from side wall of structure is found to be the intrinsic reason of the suppression effect.
      通信作者: 曹猛, mengcao@mail.xjtu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:U1537210,11375139)资助的课题.
      Corresponding author: Cao Meng, mengcao@mail.xjtu.edu.cn
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. U1537210, 11375139).
    [1]

    Charbonnier F 1988 J. Vac. Sci. Technol. B 16 880

    [2]

    Song B P, Fan Z Z, Su G Q, Mu H B, Zhang G J, Liu C L 2014 High Power Laser and Particle Beams 26 065008(in Chinese)[宋佰鹏, 范壮壮, 苏国强, 穆海宝, 张冠军, 刘纯亮 2014 强激光与粒子束 26 065008]

    [3]

    Kirby R E, King F K 2001 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 469 1

    [4]

    Pivi M T F, Collet G, King F, Kirby R E, Markiewicz T, Raubenheimer T O, Seeman J, Pimpec F L 2010 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 621 47

    [5]

    Federmann S, Caspers F, Mahner E 2011 Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams 14 012802

    [6]

    Lin S, Yan Y J, Li Y D, Liu C L 2014 Acta Phys. Sin. 63 147902 (in Chinese)[林舒, 闫杨娇, 李永东, 刘纯亮 2014 物理学报 63 147902]

    [7]

    Valizadeh R, Malyshev O B, Wang S, Zolotovskaya S, Gillespie W A, Abdolvandand A 2014 Appl. Phys. Lett. 105 231605

    [8]

    Li Y, Cui W Z, Zhang N, Wang X B, Wang H G, Li Y D, Zhang J F 2014 Chin. Phys. B 23 048402

    [9]

    Li Y, Cui W Z, Wang H G 2015 Phys. Plasmas 22 053108

    [10]

    Pivi M, King F K, Kirby R E, Raubenheimer T O, Stupakov G, Pimpec F L 2008 J. Appl. Phys. 104 104904

    [11]

    Suetsugu Y, Fukuma H, Pivi M, Wang L 2009 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A:Accel. Spectrom. Dect. Assoc. Equip. 604 449

    [12]

    Zhang N, Cao M, Cui W Z, Hu T C, Wang R, Li Y 2015 Acta Phys. Sin. 64 207901 (in Chinese)[张娜, 曹猛, 崔万照, 胡天存, 王瑞, 李韵 2015 物理学报 64 207901]

    [13]

    Nistor V, Gonzlez L A, Aguilera L, Montero I, Galn L, Wochner U, Raboso D 2014 Appl. Surf. Sci. 315 445

    [14]

    Aguilera L, Montero I, Dvila M E, Ruiz A, Galn L, Nistor V, Raboso D, Palomares J, Soria F 2013 J. Phys. D:Appl. Phys. 46 165104

    [15]

    Ye M, He Y N, Wang R, Hu T C, Zhang N, Yang J, Cui W Z, Zhang Z B 2014 Acta Phys. Sin. 63 147901 (in Chinese)[叶鸣, 贺永宁, 王瑞, 胡天存, 张娜, 杨晶, 崔万照, 张忠兵 2014 物理学报 63 147901]

    [16]

    Wang Z W, Ye M, Chen L, He Y N, Cui W Z, Zhang Z B 2016 High Power Laser and Particle Beams 28 124002 (in Chinese)[王泽卫, 叶鸣, 陈亮, 贺永宁, 崔万照, 张忠兵 2016 强激光与粒子束 28 124002]

    [17]

    He Y N, Peng W B, Cui W Z, Ye M, Zhao X L, Wang D, Hu T C, Wang R, Li Y 2016 AIP Adv. 6 025122

    [18]

    Cui W Z, Li Y, Yang J, Hu T C, Wang X B, Wang R, Zhang N, Zhang H T, He Y N 2016 Chin. Phys. B 25 068401

    [19]

    Cao M, Zhang N, Hu T C, Wang F, Cui W Z 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 55501

    [20]

    Penn D R 1987 Phys. Rev. B:Condens. Matter 35 482

    [21]

    Ye M, He Y N, Hu S G, Wang R, Hu T C, Yang J, Cui W Z 2013 J. Appl. Phys. 113 074904

  • [1]

    Charbonnier F 1988 J. Vac. Sci. Technol. B 16 880

    [2]

    Song B P, Fan Z Z, Su G Q, Mu H B, Zhang G J, Liu C L 2014 High Power Laser and Particle Beams 26 065008(in Chinese)[宋佰鹏, 范壮壮, 苏国强, 穆海宝, 张冠军, 刘纯亮 2014 强激光与粒子束 26 065008]

    [3]

    Kirby R E, King F K 2001 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 469 1

    [4]

    Pivi M T F, Collet G, King F, Kirby R E, Markiewicz T, Raubenheimer T O, Seeman J, Pimpec F L 2010 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 621 47

    [5]

    Federmann S, Caspers F, Mahner E 2011 Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams 14 012802

    [6]

    Lin S, Yan Y J, Li Y D, Liu C L 2014 Acta Phys. Sin. 63 147902 (in Chinese)[林舒, 闫杨娇, 李永东, 刘纯亮 2014 物理学报 63 147902]

    [7]

    Valizadeh R, Malyshev O B, Wang S, Zolotovskaya S, Gillespie W A, Abdolvandand A 2014 Appl. Phys. Lett. 105 231605

    [8]

    Li Y, Cui W Z, Zhang N, Wang X B, Wang H G, Li Y D, Zhang J F 2014 Chin. Phys. B 23 048402

    [9]

    Li Y, Cui W Z, Wang H G 2015 Phys. Plasmas 22 053108

    [10]

    Pivi M, King F K, Kirby R E, Raubenheimer T O, Stupakov G, Pimpec F L 2008 J. Appl. Phys. 104 104904

    [11]

    Suetsugu Y, Fukuma H, Pivi M, Wang L 2009 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A:Accel. Spectrom. Dect. Assoc. Equip. 604 449

    [12]

    Zhang N, Cao M, Cui W Z, Hu T C, Wang R, Li Y 2015 Acta Phys. Sin. 64 207901 (in Chinese)[张娜, 曹猛, 崔万照, 胡天存, 王瑞, 李韵 2015 物理学报 64 207901]

    [13]

    Nistor V, Gonzlez L A, Aguilera L, Montero I, Galn L, Wochner U, Raboso D 2014 Appl. Surf. Sci. 315 445

    [14]

    Aguilera L, Montero I, Dvila M E, Ruiz A, Galn L, Nistor V, Raboso D, Palomares J, Soria F 2013 J. Phys. D:Appl. Phys. 46 165104

    [15]

    Ye M, He Y N, Wang R, Hu T C, Zhang N, Yang J, Cui W Z, Zhang Z B 2014 Acta Phys. Sin. 63 147901 (in Chinese)[叶鸣, 贺永宁, 王瑞, 胡天存, 张娜, 杨晶, 崔万照, 张忠兵 2014 物理学报 63 147901]

    [16]

    Wang Z W, Ye M, Chen L, He Y N, Cui W Z, Zhang Z B 2016 High Power Laser and Particle Beams 28 124002 (in Chinese)[王泽卫, 叶鸣, 陈亮, 贺永宁, 崔万照, 张忠兵 2016 强激光与粒子束 28 124002]

    [17]

    He Y N, Peng W B, Cui W Z, Ye M, Zhao X L, Wang D, Hu T C, Wang R, Li Y 2016 AIP Adv. 6 025122

    [18]

    Cui W Z, Li Y, Yang J, Hu T C, Wang X B, Wang R, Zhang N, Zhang H T, He Y N 2016 Chin. Phys. B 25 068401

    [19]

    Cao M, Zhang N, Hu T C, Wang F, Cui W Z 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 55501

    [20]

    Penn D R 1987 Phys. Rev. B:Condens. Matter 35 482

    [21]

    Ye M, He Y N, Hu S G, Wang R, Hu T C, Yang J, Cui W Z 2013 J. Appl. Phys. 113 074904

  • [1] 胡笑钏, 刘样溪, 楚坤, 段潮锋. 非晶态碳薄膜对金属二次电子发射的影响. 物理学报, 2024, 73(4): 047901. doi: 10.7498/aps.73.20231604
    [2] 孟祥琛, 王丹, 蔡亚辉, 叶振, 贺永宁, 徐亚男. 氧化铝表面二次电子发射抑制及其在微放电抑制中的应用. 物理学报, 2023, 72(10): 107901. doi: 10.7498/aps.72.20222404
    [3] 张含天, 周前红, 周海京, 孙强, 宋萌萌, 董烨, 杨薇, 姚建生. 二次电子发射对系统电磁脉冲的影响. 物理学报, 2021, 70(16): 165201. doi: 10.7498/aps.70.20210461
    [4] 陈龙, 孙少娟, 姜博瑞, 段萍, 安宇豪, 杨叶慧. 电子非麦氏分布的二次电子发射磁化鞘层特性. 物理学报, 2021, 70(24): 245201. doi: 10.7498/aps.70.20211061
    [5] 王丹, 叶鸣, 冯鹏, 贺永宁, 崔万照. 激光刻蚀对镀金表面二次电子发射的有效抑制. 物理学报, 2019, 68(6): 067901. doi: 10.7498/aps.68.20181547
    [6] 赵晓云, 张丙开, 王春晓, 唐义甲. 电子的非广延分布对等离子体鞘层中二次电子发射的影响. 物理学报, 2019, 68(18): 185204. doi: 10.7498/aps.68.20190225
    [7] 林舒, 夏宁, 王洪广, 李永东, 刘纯亮. 同轴传输线微放电的统计理论稳态建模及敏感区域计算. 物理学报, 2018, 67(22): 227901. doi: 10.7498/aps.67.20181341
    [8] 王丹, 贺永宁, 叶鸣, 崔万照. 金纳米结构表面二次电子发射特性. 物理学报, 2018, 67(8): 087902. doi: 10.7498/aps.67.20180079
    [9] 白春江, 封国宝, 崔万照, 贺永宁, 张雯, 胡少光, 叶鸣, 胡天存, 黄光荪, 王琪. 铝阳极氧化的多孔结构抑制二次电子发射的研究. 物理学报, 2018, 67(3): 037902. doi: 10.7498/aps.67.20172243
    [10] 王洪广, 翟永贵, 李记肖, 李韵, 王瑞, 王新波, 崔万照, 李永东. 基于频域电磁场的微波器件微放电阈值快速粒子模拟. 物理学报, 2016, 65(23): 237901. doi: 10.7498/aps.65.237901
    [11] 张娜, 曹猛, 崔万照, 胡天存, 王瑞, 李韵. 金属规则表面形貌影响二次电子产额的解析模型. 物理学报, 2015, 64(20): 207901. doi: 10.7498/aps.64.207901
    [12] 宋庆庆, 王新波, 崔万照, 王志宇, 冉立新. 多载波微放电中二次电子横向扩散的概率分析. 物理学报, 2014, 63(22): 220205. doi: 10.7498/aps.63.220205
    [13] 叶鸣, 贺永宁, 王瑞, 胡天存, 张娜, 杨晶, 崔万照, 张忠兵. 基于微陷阱结构的金属二次电子发射系数抑制研究. 物理学报, 2014, 63(14): 147901. doi: 10.7498/aps.63.147901
    [14] 李永东, 杨文晋, 张娜, 崔万照, 刘纯亮. 一种二次电子发射的复合唯象模型. 物理学报, 2013, 62(7): 077901. doi: 10.7498/aps.62.077901
    [15] 杨文晋, 李永东, 刘纯亮. 高入射能量下的金属二次电子发射模型. 物理学报, 2013, 62(8): 087901. doi: 10.7498/aps.62.087901
    [16] 黄永宪, 冷劲松, 田修波, 吕世雄, 李垚. 等离子体浸没离子注入非导电聚合物的适应性及栅网诱导效应的研究. 物理学报, 2012, 61(15): 155206. doi: 10.7498/aps.61.155206
    [17] 黄永宪, 吕世雄, 田修波, 杨士勤, Fu Ricky, Chu K Paul, 冷劲松, 李垚. 聚合物物理属性对离子注入效应的影响. 物理学报, 2012, 61(10): 105203. doi: 10.7498/aps.61.105203
    [18] 董丽芳, 杨玉杰, 刘为远, 岳晗, 王帅, 刘忠伟, 陈强. 不同电介质结构下介质阻挡放电特性研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025216. doi: 10.7498/aps.60.025216
    [19] 张忠兵, 欧阳晓平, 夏海鸿, 陈亮, 王群书, 王兰, 马彦良, 潘洪波, 刘林月. 高能质子束流强度绝对测量的二次电子补偿原理研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5369-5373. doi: 10.7498/aps.59.5369
    [20] 卢其亮, 赵国庆, 周筑颖. 近程碰撞对He+离子诱发背向电子发射贡献比例的计算. 物理学报, 2003, 52(5): 1278-1281. doi: 10.7498/aps.52.1278
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-17
  • 修回日期:  2018-05-13
  • 刊出日期:  2018-09-05

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