ZnO增强MgO薄膜的次级电子发射性能实验和理论研究

摘要

本研究采用热蒸镀结合低氧压热活化技术,在FTO玻璃表面沉积制备了厚度为200~300 nm的MgO薄膜和MgO-ZnO复合薄膜,比较测试了薄膜的次级电子发射性能。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、X射线光电子能谱仪、俄歇电子谱仪表征了薄膜材料的显微形貌、厚度、结构及元素深度分布。测试了薄膜的次级发射系数(δ)随一次电子能量(Ep)和持续电子束轰击时间的变化情况。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了掺杂Zn2+的MgO薄膜的电子态密度分布。研究结果表明,相对于MgO薄膜,MgO-ZnO复合薄膜具有更优异的δ和耐电子束轰击稳定性。其在氧压5 Pa、500℃活化30 min后,在Ep为800 eV轰击时最大次级发射系数(δm)高达12.1,且经过Ep为600 eV、一次电子束流20μA持续轰击120 h后δm仍大于11。次级发射性能提升的主要原因是薄膜中ZnO的掺杂降低了MgO的禁带宽度,以及部分Zn单质的存在有效抵制了表面荷电效应。