抑制行波管多级降压收集极二次电子发射的工艺研究(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京真空电子技术研究所大功率微波电真空器件技术国防 作者:白国栋

2.1.2、二次电子发射系数δ

  表征次级电子发射现象通常利用次级发射系数δ。δ是离开物体表面的次级电子数与同一时间内落到同一表面上的原初电子数的比,即δ= ns/np=is/ip ,式中ns,np分别为次级和原初电子数; is,ip分别为次级和原初电子流。图5 曲线1 是无氧铜样片,δm 为1135 ;曲线2 是标准工艺下得到的δm 为0.65 。使用标准工艺参数,得到的δm 相差很小。如果离子流密度不够高或者工艺处理时间不够长,即单位面积的离子轰击数量不够,那么得到的δ会变大。

δ测试曲线图400 倍带有车刀台阶的收集极

图5  δ测试曲线图  图6  400 倍带有车刀台阶的收集极

2.2、实际MDC样品

2.2.1、表面SEM形貌

  从图6 能看出向右上方倾斜的明暗相间的有规律条纹是带有车刀痕迹的照片。实际收集极由于加工工艺,放大观察表面会发现每隔几十微米会出现车刀的刀痕,形成台阶。在图7 中,明显看到台阶下面的毛刺较尖,而与台阶垂直的面上几乎没有生尖锥。因此希望收集极表面的粗糙度要小,非常平滑。图8 是无氧铜样品的表面特征。离子轰击表面1h,束压约1200V , 束流30mA , 样品底部温度400℃。这种表面的致密阵列,毛刺顶部不尖,中心似乎呈空心状,特征高度高于5 μm ,间隔很小。处理后MDC 样品看起来比未处理的OFHC 铜表面暗得多,如图9 所示,左下方零件为表面处理前的无氧铜收集极,可以清晰看到无氧铜的颜色。右下方零件为表面改性处理过的收集极样品,目视为黑色,其微观形态为图8 所示。

2000 倍带有车刀台阶的收集极表面改性后的收集极

图7  2000 倍带有车刀台阶的收集极  图8  表面改性后的收集极

收集极改性前后的照片收集极样品的δ测试曲线

图9  收集极改性前后的照片  图10  收集极样品的δ测试曲线

2.2.2、二次电子发射系数δ

  图10 是对实际的收集极样品进行测试的曲线。实际的收集极结构是三个收集极,C1 的δm 是0.76 ,C2 的δm 是0.66 ,C3 的δm 是1 。不同的收集极结构上有差异,导致二次电子发射系数不同。可以看出,它们中最高δ的C3 ,与无氧铜样品的δm =1.3 相比仍小0.3 ,充分说明表面改性对于减小δ有良好的效果。

2.2.3、收集极效率

  无氧铜MDC 离子束表面改性技术的成功实施,明显提高了MDC 的效率和空间行波管的整管效率。空间行波管某课题表面改性后样管,与改性前相同结构的效率最高的样管比较,整管效率至少提高3.2%。

3、 结论

  利用自行设计的专用离子束表面改性设备,进行了降低收集极二次电子发射系数的工艺研究,从未处理的无氧铜片的δm 为1.35 降到MDC 上δm 为0.66 。与MDC 改性前相同结构的最高效率的管子相比,收集极效率和整管效率均得到明显提高。

  致谢:本文得到了国家科技支撑计划空间行波管课题的资助,北京真空电子技术研究所阴极室进行了二次电子发射系数的测试。

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