降低陶瓷表面的光电子产率和/或二次电子产率的方法；相应的设备和产品
阅读：281发布：2021-04-09
专利汇可以提供降低陶瓷表面的光电子产率和/或二次电子产率的方法；相应的设备和产品专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种降低陶瓷表面的光 电子 产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的方法，包括向靶(10)的表面施加包括由 激光器 (4)发射的一系列激光脉冲的激光 辐射 以在所述靶(10)的表面上产生周期性布置的结构。，下面是降低陶瓷表面的光电子产率和/或二次电子产率的方法；相应的设备和产品专利的具体信息内容。
1.一种降低陶瓷表面的光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的方法，包括向表面施加包括一系列激光脉冲的激光辐射以在所述表面上产生周期性布置的结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲的功率密度在0.1TW/cm2至3TW/cm2的范围内，可选地在0.5TW/cm2至1.5TW/cm2的范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲的功率密度在0.1GW/cm2至3GW/cm2的范围内，可选地在0.2GW/cm2至1GW/cm2的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射的施加使得改变所述表面的特性，使得所述表面具有小于2.5的SEY值，可选地小于或等于1.6，可选地小于或等于1.4，可选地在0.2至2.0的范围内，可选地在0.5至1.6的范围内，可选地在1.0至
1.4的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光脉冲的持续时间小于所述表面的材料的热弛豫时间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光脉冲的脉冲持续时间可在300飞秒(fs)至1纳秒(ns)的范围内，可选地在1ns至100ns的范围内。
7.所述脉冲持续时间可在1ps至100ps范围内。所述脉冲持续时间可在1ps至50ps范围内。所述脉冲持续时间可在5ps至500ps范围内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述表面上的周期性布置的结构包括周期性系列的大体上彼此平行的峰和谷，并且可选地所述峰可以在顶部大体上是平的和/或可以在顶部是圆弧的和/或可以在顶部大体上没有尖端和/或锐利的区域。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一些所述峰的峰至谷距离和/或平均的或中间的峰至谷的距离可在1μm至100μm的范围内，可选地在20μm至80μm的范围内，可选地在30μm至60μm范围内。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性布置的结构包括交叉阴影布置；或大体上平行的峰和谷的线的布置而大体上没有交叉阴影线。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性布置的结构通过提供所述激光辐射的激光源的单次扫过来产生。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射包括脉冲激光束，所述脉冲激光束在所述表面上的焦点直径在5μm至100μm范围内或在1μm至100μm范围内。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲辐射的脉冲重复率在10kHz至1MHz的范围内。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射的平均功率可在3W至8W范围内，或在1W至10W范围内，或在0.3W至2W范围内，或在1W至5W范围内，或在0.1W至1W范围内，或在0.1W至2W范围内，或在3W至5W范围内。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射向所述表面的施加包括在所述表面上扫描脉冲激光束，并且用于所述扫描的扫描速度可以在1mm/s至
200mm/s范围内。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述表面上所述脉冲激光束的扫描重复2至10次，或可仅执行一次。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射至所述表面的入射角度在0至30度范围内，或90至60度范围内。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射的波长在100nm至
2000nm范围内，可选地为355nm或532nm或1064nm。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性布置的结构包括在第一方向上布置的第一系列的峰和谷，和在第二方向上布置的第二系列的峰和谷，所述第二方向不同于所述第一方向。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一系列的峰和谷和所述第二系列的峰和谷相交，使得所述周期性布置的结构包括交叉阴影布置。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射使得所述激光辐射向所述表面的施加产生其它的结构，且所述其它的结构小于所述周期性布置的结构。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述其它结构包括其它周期性结构，可选地纳米波纹。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述其它结构包括激光引起的周期性表面结构(LIPPS)。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述其它结构的周期率可以在10nm至1μm范围内，可选地在100nm至1μm范围内。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述其它结构覆盖所述周期性阵列的结构的至少一部分和/或形成于所述周期性布置的结构的谷中和/或峰上。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述表面形成层压结构的一部分。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述表面形成粒子加速器、喷射推进器系统(injection kicker system)、光束线、诸如r.f.波导的波导、探测器、探测器装置、航天器或真空室的部分。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述表面包括一设备的部件的表面，且所述方法包括向所述表面施加所述激光辐射以在所述表面上产生所述周期性布置的结构，且然后将所述部件安装至在所述设备中，或所述方法包括将所述激光辐射施加到已经在所述设备中的部件的表面。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括在施加所述激光辐射之后在所述表面的至少部分上形成金属层。
30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括在施加所述激光辐射之后对所述表面进行去油、清洁或平滑中的一种，和/或在施加所述激光辐射之后对所述表面进行表面碳还原处理(surface carbon reduction process)。
31.一种降低陶瓷表面的光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的设备，包括：
激光光源，其用于向一表面施加脉冲激光辐射；和
激光控制器，其被配置为控制所述激光光源以将所述激光辐射作为一系列的激光脉冲进行施加，由此在所述陶瓷表面上形成周期性布置的结构。
32.一种激光处理的陶瓷表面，包括周期性布置的结构。
33.根据权利要求32所述的激光处理的陶瓷表面，还包括至少部分覆盖所述周期性排列的结构的金属层。
降低陶瓷表面的光电子产率和/或二次电子产率的方法；相应
的设备和产品
技术领域
背景技术
[0002] 光电子发射(PEE)是指由于光子与表面的相互作用而产生的电子发射。二次电子发射(SEE)是指由于初级电子与表面的相互作用而产生的二次电子发射。光电子产率(PEY)可用于表征PEE，且二次电子产率(SEY)可用于表征SEE。PEY和SEY可以分别是每个入射光子或电子的平均发射电子数。
[0003] PEE和SEE效应可以在各种各样的设备中引起显著的困难，例如在粒子加速器、光束线、波导(例如r.f.波导)、探测器、航天器和真空室中。PEE和SEE效应会不同地导致非期望的电子云积聚、非期望的压力增加、电波损失和不稳定性、电波寿命缩短、非期望的热负荷、功率损耗、损坏、设备寿命缩短、噪声增加以及灵敏度降低，这取决于所讨论的设备和应用的具体类型。
[0004] 例如>99.5％纯氧化铝(三氧化二铝)，例如在加速器束流传递(喷射推进器系统，Injection Kicker Systems)中的用于推进器(Kickers)的99.7％纯氧化铝，对于诸如上述例子的陶瓷材料的SEY或PEY的减少可以是特别具有挑战性的，因为例如SEY值可以显着高于(例如8或更高)某些实际应用所需的值(例如，在某些情况下，小于2、或小于1.6或甚至1.4)。尽管Al2O3通常被称为氧化铝或三氧化二铝，但是在本领域中也已知将其称为氧化铝类。
[0005] 希望提供用于降低PEY和SEY的改进的或至少替代的方法。
发明内容
[0007] 激光辐射可以包括具有一系列激光脉冲的脉冲激光辐射。陶瓷材料(例如陶瓷表面)可以包括离子键和/或共价键连接的金属原子和非金属原子，例如离子键和共价键的混合物。
[0008] 激光辐射的功率密度(例如脉冲的功率密度)可以在TW/cm2范围内，可选地在2 2 2 2
0.1TW/cm至3TW/cm的范围内。可选地，功率密度可以在0.5TW/cm至1.5TW/cm的范围内。
0.1TW/cm至3TW/cm的范围内。可选地，功率密度可以在0.5TW/cm至1.5TW/cm的范围内。
[0009] 可选地，激光辐射的功率密度(例如脉冲的功率密度)可以在GW/cm2范围内，可选地在0.1GW/cm2至3GW/cm2的范围内。可选地，功率密度可以在0.2GW/cm2至1GW/cm2的范围内。
[0010] 通过使用具有在TW/cm2范围或GW/cm2范围内的功率密度的激光脉冲，可以获得周期性布置的结构，其为表面提供期望的电子功函数特性。可以获得例如具有期望的二次电子产率(SEU)的值或值的范围。
[0011] 该方法可以改变表面的特性，使得表面具有小于2.5的SEY值，可选地小于或等于1.6，可选地小于或等于1.4，可选地在0.2至2.0的范围内，可选地在0.5至1.6的范围内，可选地在1.0至1.4的范围内。
[0012] 激光脉冲的持续时间可小于表面材料的热弛豫时间。激光脉冲可以具有这样的持续时间，使得表面材料的电子和原子晶格大体上在整个激光脉冲的施加中具有大体上不同的温度。激光脉冲可具有这样的持续时间，使得表面材料是被蒸发或被汽化或被移除中的至少一种，而表面没有实质的熔化和/或流动。激光脉冲可具有这样的持续时间，使得一些表面材料是被蒸发或被汽化或被移除中的至少一种，而剩余的表面材料没有实质的熔化和/或流动。
[0013] 激光脉冲的脉冲持续时间可以在300飞秒(fs)至1纳秒(ns)范围内。
[0014] 激光脉冲的脉冲持续时间可以在1ns至100ns范围内。
[0015] 表面上的周期性布置的结构可以包括周期性系列的大体上彼此平行的峰和谷，并且峰可以在顶部大体上是平的和/或可以在顶部是圆弧的和/或可以在顶部大体上没有尖端和/或锐利的区域。峰可以大体上具有顶帽形状和/或截头金字塔形状，例如顶帽形状和/或截头金字塔形状的横截面轮廓。因此，期望的电子功函数值和或期望的电子俘获特性。峰可以在纵向上延伸且可以称为脊。
[0016] 至少一些峰的峰到谷距离和/或平均的或中间的峰到谷的距离可以在1μm至100μm的范围内，可选地在20μm至80μm的范围内，可选地在30μm至60μm范围内。
[0018] 陶瓷表面可以位于至少一个下层上，并且激光辐射可以使得大体上不移除或移动表面材料以暴露该下层。
[0019] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种陶瓷激光处理表面，其包括在陶瓷表面上的激光形成的周期性布置的结构，其中以下的至少一个：
[0020] 周期性布置的结构包括周期性系列的大体上彼此平行的峰和谷；
[0021] 周期性布置的结构包括交叉阴影布置、周期性系列的峰和谷；和可选地[0022] 峰可以在顶部大体上是平的和/或可以在顶部是圆弧的和/或可以在顶部大体上上没有尖端和/或锐利的区域，和/或峰可以大体上具有顶帽形状和/或截头金字塔形状，例如顶帽形状和/或截头金字塔形状的横截面轮廓；和/或
[0023] 至少一些峰的峰到谷距离和/或平均的或中间的峰到谷的距离可以在1μm至100μm的范围内，可选地在20μm至80μm的范围内，可选地在30μm至60μm范围内。
[0024] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种降低陶瓷表面的光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的设备，包括：
[0025] 激光光源，其用于向表面施加脉冲激光辐射；和
[0026] 激光控制器，其被配置为控制激光光源以将激光辐射作为一系列的激光脉冲进行施加，由此在表面上形成周期性布置的结构。脉冲的功率密度可以在TW/cm2范围内或在GW/cm2范围内。脉冲的功率密度可以在0.1TW/cm2至3TW/cm2的范围内。脉冲的功率密度可以在0.1GW/cm2至3GW/cm2的范围内。
[0027] 在本发明的另一方面，提供一种降低陶瓷表面的光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的方法，包括：
[0028] 向表面施加激光辐射以在陶瓷表面产生周期性布置的结构，其中
[0029] 激光辐射包括具有一系列激光脉冲的脉冲激光辐射，且激光脉冲的脉冲持续时间可以在300fs至1ns范围内或在1ns至100ns范围内。
[0030] 该表面可以是靶的表面。
[0031] 脉冲持续时间可以在1ps至100ps范围内。脉冲持续时间可以在1ps至50ps范围内。脉冲持续时间可以在5ps至500ps范围内。
[0032] 激光辐射可以包括脉冲激光束，其在表面上的焦点直径在5μm至100μm范围内或在1μm至100μm范围内。
[0033] 脉冲辐射的脉冲重复率可以在10kHz至1MHz范围内，可选地在10kHz至200kHz范围内。
[0034] 激光辐射的平均功率可以在3W至8W范围内或在1W至10W范围内。激光辐射的平均功率可以在0.3W至2W范围内，或在1W至5W范围内，或在0.1W至1W范围内，或在0.1W至2W范围内，或在3W至5W范围内。
[0035] 激光辐射向表面的施加可以包括在表面上扫描脉冲激光束，并且用于该扫描的扫描速度可以在1mm/s至100mm/s范围内或在10mm/s至50mm/s的范围内。
[0036] 在表面上脉冲激光束的扫描可以重复2至10次，或可以仅执行一次。
[0037] 激光辐射至表面的入射角度可以在0至30度范围内。激光辐射至表面的入射角度可以在90至60度范围内。
[0038] 辐射的波长可以在100nm至2000nm范围内，可选地355nm或532nm或1064nm。
[0039] 该结构可以包括峰和谷。周期性布置的结构可以包括周期性系列的峰和谷。峰和谷可以大体上相互平行。
[0040] 周期性布置的结构可以包括在第一方向上布置的第一系列的峰和谷，和在第二(不同)方向上布置的第二系列的峰和谷。第一和第二方向可以是大体上正交的。第一系列的峰和谷和第二系列的峰和谷可以相交，使得周期性布置的结构包括交叉阴影布置。
[0041] 周期性布置的周期可以在0.5μm至100μm范围内。周期性结构的相邻峰(或谷)的间隔可以在0.5μm至100μm范围内。交叉阴影布置的阴影距离可以在0.5μm至100μm范围内，可选地在10μm至100μm范围内。
[0042] 激光辐射可以使得激光辐射向表面的施加包括产生其它的结构。其它的结构可以小于周期性布置的结构的结构。
[0043] 该特征可以是特别重要的，因此在可以独立提供的本发明的第二方面中，提供了一种降低陶瓷表面的光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的方法，包括：
[0044] 向表面施加激光辐射以在表面产生周期性布置的结构，其中
[0045] 激光辐射包括具有一系列激光脉冲的脉冲激光辐射，且激光辐射使得在表面上产生其它结构以及周期性布置的结构。
[0046] 其它的结构可以包括其它的周期性结构。其它的结构可以包括波纹。其它的结构可以包括纳米波纹。其它的结构可以是其它的周期性结构。其它的结构可以包括激光引起的周期性表面结构(LIPPS)，例如在激光波长的范围内具有周期性。其它的结构的周期率可以在10nm至1μm范围内，可选地在100nm至1μm范围内。
[0047] 其他的结构可以覆盖周期性阵列的结构的至少一部分。其它的结构可以形成于周期性布置的结构的谷中和/或峰上。
[0048] 陶瓷表面和/或靶可以包括氧化铝。例如，在加速器束流传递(喷射推进器系统，Injection Kicker Systems)中的用于推进器(Kickers)的>99.5％纯氧化铝。
[0049] 陶瓷表面和/或靶可以包括任何合适的磁性、导电或介电陶瓷材料。
[0050] 表面和/或靶可以包括具有尖晶石型结构的陶瓷材料，例如具有化学式M(Fe2O4)的尖晶石型结构，其中M为共价阳离子。M可以是选自以下族的共价阳离子：锰(Mn2+)、镍(Ni2+)、钴(Co2+)、锌(Zn2+)、铜(Cu2+)、镁(Mg2+)。可选地，M可以表示单价阳离子，例如锂(Li+)或甚至缺位或多个缺位，例如在可以通过另外的三价铁阳离子(Fe 3+)补偿这种缺少正电荷的情况。
[0051] 表面和/或靶可以包括铁素体材料，例如六方铁素体材料，例如具有结构M(Fe12O19)的材料。M可以选自以下族：钡(Ba)、锶(Sr)、铅(Pb)。
[0053] 表面和/或靶可以包括厚膜的或薄膜的电阻器或电极或电容器、或可以适合用作这种厚膜的或薄膜的电阻器或电极或电容器的一部分的材料。表面和/或靶可以包括金属氧化物材料，例如选自以下族的材料：氧化铅(PbO)、二氧化钌(RuO2)、钌酸铋(Bi2Ru2O7)。表面和/或靶可以包括具有重叠能带的陶瓷材料。
[0054] 表面和/或靶可以包括陶瓷导体。例如，表面和/或靶可以包括氧化铟(In2O3)和/或氧化锡(SnO2)或氧化铟锡(ITO)。
[0055] 表面和/或靶可以包括加热元件或适合用作这种加热元件或用作这种加热元件的一部分的材料。表面和/或靶可以包括选自以下族的材料：碳化硅(SiC)、二硅化钼(MoSi2)、铬酸镧(LaCr2O4)、氧化锆(ZrO2)。
[0056] 表面和/或靶可以包括热敏电阻或适合用作这种热敏电阻或用作这种热敏电阻的一部分的材料。表面和/或靶可以包括选自以下族的材料：铁尖晶石材料，钴尖晶石材料和锰尖晶石材料。
[0057] 表面和/或靶可以包括超导体材料，例如钇钡铜氧化物(YBa2Cu3O7)、铋-锶-钙-铜氧化物材料(例如Bi2Sr2CuO6、Bi2Sr2CaCu2O8、或Bi2Sr2Ca2Cu3O10)、铊-钡-钙-铜氧化物材料(例如Tl2Ba2CuO6、Tl2Ba2CaCu2O8、Tl2Ba2Ca2Cu3O10、或TlBa2Ca3Cu4O11)或汞-钡-钙-铜氧化物材料(例如HgBa2CuO4、HgBa2CaCu2O6、或HgBa2Ca2Cu3O8)。
[0058] 表面和/或靶可以包括钙钛矿材料。表面和/或靶可以包括钛酸钡(BaTiO3)或包括非化学计量的铅、锶或钙置换物的钛酸钡。
[0059] 表面可以形成层压结构的一部分，例如层压靶，例如包含氧化铝和至少一种其他材料。
[0061] 脉冲可以使得，对于每个脉冲，在表面处形成等离子体。等离子体可以具有与表面的下层材料大体上相同的密度。
[0062] 表面可以形成粒子加速器、喷射推进器系统(injection kicker system)、光束线、波导(例如r.f.波导)、探测器、探测器装置或航天器的部分。
[0063] 表面可以包括或形成真空室的表面的部分。
[0064] 表面可以包括设备的部件的表面。设备可以选自以下：粒子加速器、光束推进器磁铁(可能例如包括陶瓷板电容器或陶瓷衬管的部件)、光束线、波导(例如r.f.波导)、探测器、探测器装置、航天器。该方法可以包括向表面施加激光辐射以在表面上产生周期性布置的结构，且然后将该部件安装在设备中，或该方法可以包括将激光辐射施加到已经在设备中的部件的表面。
[0065] 该方法可以包括使用脉冲固态块体激光器(可选地固态激光器包括Nd:YVO4或Nd:YAG或Yb:KYW或Yb:KGW激光器)或脉冲纤维激光器(可选地Yb、Tm或Nd掺杂脉冲固态纤维激光器)施加辐射。
[0066] 该方法可以包括在施加激光辐射之后在表面的至少部分上形成金属层。
[0067] 该方法可以包括用该金属层大体上覆盖周期性结构。该金属层可以通过任意合适的步骤来形成，例如涂层步骤。
[0069] 该金属层的厚度可以在0.1nm至100nm(可选地1nm至50nm、可选地1nm至20nm)范围内。该金属层可以具有大体上恒定的厚度。该金属层可以具有这样的厚度，以使得保持表面的形态，例如以保持表面的横截面轮廓与形成金属层之前大体上相同。例如该金属层可以具有这样的厚度，以使得保持激光形成的谷和峰的分布与形成金属层之前大体上相同，和/或使得不完全填充表面特征(例如，谷和/或峰或其他激光形成的表面特征)之间的间隙。
[0070] 该方法可以包括在施加激光辐射之后对表面进行去油、清洁或平滑中的一种，和/或在施加激光辐射之后对所述表面进行表面碳还原处理(surface carbon reduction process)。
[0071] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种降低表面的光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的设备，包括：
[0072] 激光光源，其用于向表面施加脉冲激光辐射；和
[0073] 激光控制器，其被配置为控制激光光源以将激光辐射作为一系列的激光脉冲进行施加，由此在表面上形成周期性布置的结构，其中该激光脉冲的脉冲持续时间在200飞秒(fs)至1000ps范围内。
[0074] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种降低陶瓷表面的光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)的设备，包括：
[0075] 激光光源，其用于向表面施加脉冲激光辐射，且被配置为操作以执行根据任意其他方面的方法。
[0076] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种激光处理的陶瓷表面，其包括使用根据任意其他方面的方法在表面上形成的周期性布置的结构。
[0077] 该表面还可以包括金属层，该金属层覆盖周期性排列的结构和/或表面的至少部分(可选地，大体上全部)。因此，陶瓷表面的至少部分(可选地，全部)可以包括金属。
[0078] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种激光处理的陶瓷表面，其包括在陶瓷表面上的激光形成的周期性布置的结构以及在陶瓷表面上的其它的激光形成的结构。
[0079] 其它的结构可以包括其它的周期性结构。其它的结构可以包括波纹。其它的结构可以包括纳米波纹。其它的结构可以是其它的周期性结构。其它的结构可以包括激光引起的周期性表面结构(LIPPS)。其它的结构的周期率可以在10nm至1μm范围内，可选地在100nm至1μm范围内。
[0080] 该结构可以包括峰和谷。周期性布置的结构可以包括周期性系列的峰和谷。峰和谷可以大体上相互平行。
[0081] 周期性布置的结构可以包括在第一方向上布置的第一系列的峰和谷，和在第二(不同)方向上布置的第二系列的峰和谷。第一和第二方向可以是大体上正交的。第一系列的峰和谷和第二系列的峰和谷可以相交，使得周期性布置的结构包括交叉阴影布置。
[0082] 周期性布置的周期可以在0.5μm至100μm范围内。周期性结构的相邻峰(或谷)的间隔可以在0.5μm至100μm范围内。交叉阴影布置的阴影距离可以在0.5μm至100μm范围内。
[0083] 其它的结构可以包括其它的周期性结构。其它的结构可以包括波纹。其它的结构可以包括纳米波纹。其它的结构可以是其它的周期性结构。其它的结构可以包括激光引起的周期性表面结构(LIPPS)。其它的结构的周期率可以在10nm至1μm范围内，可选地在100nm至1μm范围内。
[0084] 其他的结构可以覆盖周期性阵列的结构的至少一部分。其它的结构可以形成于周期性布置的结构的谷中。
[0085] 该表面可以包括铝。表面可以形成层压结构的一部分，例如层压靶，例如包含氧化铝或其它陶瓷以及至少一种其他材料。
[0086] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种改造陶瓷表面的方法，其通过向表面施加激光辐射以借助光热相互作用和/或光消溶相互作用来改造该表面。
[0087] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种通过向表面施加激光辐射以借助光热相互作用和/或光消溶相互作用改造的陶瓷表面。
[0088] 在可以独立提供的本发明的另一方面，提供了一种粒子加速器、喷射推进器系统、光束推进器磁铁、光束线、波导、探测器、航天器或真空室，其具有根据任意其它方面的陶瓷表面或根据任意其它方面形成的陶瓷表面。
[0089] 在本发明的其它方面，提供如本文描述和/或说明的一种方法、一种表面、一种包括表面的结构、一种设备、一种部件、一种粒子加速器、一种喷射推进器系统、一种光束推进器磁铁、一种光束线、一种波导、一种探测器、一种航天器或一种真空室。
[0091] 下面结合附图对本发明的实施例进行进一步的描述，其中：
[0092] 图1为用于表面激光处理的系统的示意图，以减少光电子发射(PEE)和/或二次电子发射(SEE)效应，例如以降低光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)；
[0093] 图2为根据一个实施例的样品的以SEY为初级电子能量的函数的绘图；
[0094] 图3为图2的样品的背侧的以SEY为初级电子能量的函数的绘图；
[0095] 图4至9为根据其它实施例的样品的以SEY为初级电子能量的函数的绘图；
[0096] 图10a至10c为根据实施例的样品表面的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0097] 图11a至11j为根据其它实施例的样品表面的SEM图像；
[0099] 图13为根据另一个实施例的样品的以SEY为初级电子能量的函数的绘图；
[0100] 图14为图13的样品的以SEY为初级电子能量的函数的绘图，包括样品的调节和暴露于空气后的数据；
[0101] 图15a和15b为根据实施例的样品表面的SEM图像；
[0102] 图16a至16n为根据其它实施例的样品表面的SEM图像；
[0103] 图17a和17b为光热相互作用(PTI)和光消溶相互作用(PAI)机制的示意图；
[0104] 图18为在涂覆一层金之前和之后氧化铝陶瓷样品的以SEY测量值为初级电子能量的函数的绘图；和
[0105] 图19和20为图18的样品表面的SEM图像。
具体实施方式
[0106] 图1示出了用于表面激光处理的系统，以减少光电子发射(PEE)和/或二次电子发射(SEE)效应，例如以降低光电子产率(PEY)和/或二次电子产率(SEY)。
[0107] 图1的系统2包括连接至激光控制器6的激光器4，该激光控制器6用于控制激光器4的操作以发射具有期望特性脉冲激光辐射光束。激光器4与靶8对齐，使得激光器4在激光控制器6控制下的操作在靶的表面上形成周期性结构。
[0108] 在实施例中，该激光器可以是脉冲Nd:YVO4或Nd:YAG或Yb:KYW或Yb:KGW固态块体激光器的其中一种，或脉冲纤维激光器，可选地Yb、Tm或Nd掺杂脉冲固态纤维激光器。在可选的实施例中可以使用任意其它合适的激光器。在图1的实施例中，脉冲激光辐射的波长为532nm，然而在其它的实施例中可以使用任意其它合适的波长，例如1064nm或355nm。
[0109] 该控制器可以包括专用的控制器，或适当编程的计算机。该控制器可以在软件、硬件或软件和硬件任意合适的组合中执行。在一些实施例中，该控制器可以包括更多的ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)或其它合适的电路。
[0110] 在图1的实施例中，靶8和激光器4位于空气中，并且表面的激光处理在空气中进行。靶8和激光器4可以放置在可密封的和/或可泵压的腔室10中，该腔室中具有辅助的泵和/或气体供给，且表面的激光处理可以在真空中或在期望的气体环境中进行，例如在具有选定的反应气体或惰性气体中。一些实施例中腔室10是省去的。
[0111] 在图1的实施例中，靶为包括氧化铝(例如99.5％或大于99.5％的纯氧化铝)的陶瓷靶。在其它的实施例中也可以使用其它的陶瓷靶。例如，靶可以包括任意合适的磁性的、传导性的或介电性的陶瓷材料。
[0112] 例如，靶可以包括具有尖晶石型结构的陶瓷材料，例如具有化学式M(Fe2O4)的尖晶石型结构，其中M为共价阳离子。M可以是选自以下族的共价阳离子：锰(Mn2+)、镍(Ni2+)、钴(Co2+)、锌(Zn2+)、铜(Cu2+)、镁(Mg2+)。可选地，M可以表示单价阳离子，例如锂(Li+)或甚至缺位或多个缺位，例如在可以通过另外的三价铁阳离子(Fe 3+)补偿这种缺少正电荷的情况。
[0113] 可选地，在一些实施例中，靶可以包括铁素体材料，例如六方铁素体材料，例如具有结构M(Fe12O19)的材料。M可以选自以下族：钡(Ba)、锶(Sr)、铅(Pb)。
[0114] 在其它的实施例中，陶瓷靶可以包括石榴石铁素体材料，例如具有硅酸盐矿物石榴石的结构，并且例如具有化学式M3(Fe5O12)，其中M可以是钇或稀土离子。
[0115] 在一些实施例中，陶瓷靶可以包括厚膜的或薄膜的电阻器或电极或可以适合用作这种厚膜的或薄膜的电阻器或电极的一部分的材料。在实施例中，陶瓷靶可以包括金属氧化物材料，例如选自以下族的材料：氧化铅(PbO)、二氧化钌(RuO2)、钌酸铋(Bi2Ru2O7)。陶瓷靶可以包括具有重叠能带的陶瓷材料。
[0116] 在其它实施例中，靶可以包括陶瓷导体。例如，靶可以包括氧化铟(In2O3)和/或氧化锡(SnO2)或氧化铟锡(ITO)。
[0117] 在实施例中，陶瓷靶可以包括加热元件或适合用作这种加热元件或用作这种加热元件的一部分的材料。在实施例中，靶可以包括选自以下族的材料：碳化硅(SiC)、二硅化钼(MoSi2)、铬酸镧(LaCr2O4)、氧化锆(ZrO2)。
[0118] 在实施例中，陶瓷靶可以包括热敏电阻或适合用作这种热敏电阻或用作这种热敏电阻的一部分的材料。在实施例中，靶可以包括选自以下族的材料：铁尖晶石材料，钴尖晶石材料和锰尖晶石材料。
[0119] 在实施例中，陶瓷靶可以包括超导体材料，例如钇钡铜氧化物(YBa2Cu3O7)、铋-锶-钙-铜氧化物材料(例如Bi2Sr2CuO6、Bi2Sr2CaCu2O8、或Bi2Sr2Ca2Cu3O10)、铊-钡-钙-铜氧化物材料(例如Tl2Ba2CuO6、Tl2Ba2CaCu2O8、Tl2Ba2Ca2Cu3O10、或TlBa2Ca3Cu4O11)或汞-钡-钙-铜氧化物材料(例如HgBa2CuO4、HgBa2CaCu2O6、或HgBa2Ca2Cu3O8)。
[0120] 在实施例中，靶可以包括钙钛矿材料。在实施例中，靶可以包括钛酸钡(BaTiO3)或包括非化学计量的铅、锶或钙置换物的钛酸钡。
[0121] 在在操作中，在激光控制器6的控制下，激光器4用具有期望特性的脉冲激光辐射在靶8的表面上扫描，以在表面上产生周期性布置的结构。例如，为了形成平行排列的高峰和谷，激光束可以沿着平行的、间隔开的路径扫过表面，以形成由高峰隔开的平行的谷。也可以通过激光束在表面上的合适的扫描来形成任何其它的合适布置的结构。
[0122] 激光的运行参数和连接这些参数的某些方程式可表示如下，
[0123] 波长(λ)[m]
[0124] 激光的重复率(γ)[Hz]
[0125] 激光的脉冲长度(τ)[s]
[0126] 激光的平均功率(Pavg)[W]–表示一个周期t内的能量流量
[0127] 每脉冲的能力(Ep)[J]
[0128] 激光的注量(F)[J/cm2]
[0129] 靶上的光束点半径(r)[m]
[0130] 靶上的光束点面积(A＝πr2)[m2]
[0131] 激光束扫描靶表面的次数(N)无量纲
[0132] 激光束扫描靶表面的速度(V)[m/s]
[0133] 在靶表面上每个点的被发射的脉冲数(n)[无量纲]
[0134] 脉冲之间的时间间隔-一个周期(t)[s]
[0135] 峰值功率(Ppeak)[W]-定义单个脉冲内的能量流量
[0136] 功率密度或强度(I)[W/cm2]
[0137] 关键方程
[0138]
[0139]
[0140]
[0141]
[0142]
[0143]
[0144] 可以选择合适的运行参数，例如基于上述方程或表达式，以获得具有期望特性(例如，期望的脉冲密度)的脉冲激光辐射。
[0145] 表1提供了图1的设备的激光的运行参数，以在不同的氧化铝样品表面上产生期望的周期性布置的结构。对于PSCA样品，在氩气环境中进行表面的激光处理，对于表1的所有其他样品，在空气中进行激光处理。
[0146]
[0147]
[0148] 表1
[0149] 表1的样品的厚度为3mm，且激光处理过的样品区域为14mm乘14mm(对于PSCA样品)或15.2mm乘15.2mm(对于其它样品)。每个样品都是纯度大于99.7％的氧化铝(三氧化二铝)，此为用于某些粒子加速器应用的等级。
[0150] 对于样品上三个或四个不同点处的不同初级电子能量，测量表1的每个样品的二次电子产率(SEY)。为了避免带电效应，在每个测量点之间用低能电子(36eV)轰击表面。测量一个数据点的最大应用剂量约为1x 10-12C。因此，测量一个频谱的总剂量约为1×10-11C。
[0151] 图2为PSCA样品在激光处理表面上三个不同点处的以SEY为初级电子能量的函数的绘图。图3为PSCA样品在样品反面(没有经过激光处理)上三个不同点处的以SEY为初级电子能量的函数的绘图，以用于对比。
[0152] 可以看出，PSCA样品表面的激光处理导致了SEY的降低，从约8至9(对于未处理的反面)降低至约2.2(对于激光处理过的表面)。
[0153] 图4至9为分别对于样品PS1C1R、PS2C1R、PS2C2R、PS2L1R、PS2L2R和PS4L1R的以SEY为初级电子能量的函数的绘图。
[0154] 表1的各个样品的近似最大SEY值在下表2中总结。
[0155]样品 激光处理表面获得的最大SEY值
PSCA 2.2
PS1C1R 2.2
PS2C1R 1.6
PS2C2R 1.7(异常值1.9)
PS2L1R 1.9
PS2L2R 2.2
PS4L1R 2.5
PSCA 2.2
PS1C1R 2.2
PS2C1R 1.6
PS2C2R 1.7(异常值1.9)
PS2L1R 1.9
PS2L2R 2.2
PS4L1R 2.5
[0156] 表2
[0157] 获得表1的样品的扫描电子显微镜(SEM)图像，且显示通过激光处理样品表面形成的结构。
[0158] 图10a为样品PSCA的激光处理表面的SEM图。
[0159] 图10b示出了PS2L1R样品(左上图)、PS2L2R样品(左下图)、PS2C1R样品(右上图)和PS2C2R样品(右下图)的激光处理表面的SEM图。
[0160] 图10c示出了PS4L1R样品(左侧图)和PS1C1R样品(右侧图)的激光处理表面的SEM图。
[0161] 图11a至11e是激光处理表面的SEM图像，其激光束的功率密度分别为0.74TW/cm2、0.88TW/cm2、0.95TW/cm2、2TW/cm2、1.3TW/cm2，且样品在氩气环境中进行激光处理。图11f至
2 2
11j为激光处理表面的SEM图像，其激光束的功率密度分别为0.3TW/cm 、0.4TW/cm 、2TW/cm2、0.6TW/cm2和1TW/cm2，且样品在空气中进行激光处理。其他操作参数与表1的PSCA样品大体上相同。
2 2
11j为激光处理表面的SEM图像，其激光束的功率密度分别为0.3TW/cm 、0.4TW/cm 、2TW/cm2、0.6TW/cm2和1TW/cm2，且样品在空气中进行激光处理。其他操作参数与表1的PSCA样品大体上相同。
[0162] 应注意的是，在PSCA样品(在氩气环境下处理)的正常、未放大的视图中，表面呈现黑色，而在表1的其他样品的正常、未放大视图中，样品的表面呈现白色，或者至少是比PSCA样品表面更亮。
[0163] 也进行氧化铝样品的光谱特性的测量。图12为示出由CERN用于推进器磁铁的氧化铝样品(称为C陶瓷，纯度约为99.7％)和在任意激光处理之前的氧化铝样品(称为白色陶瓷)的总反射比、总透射比和吸收比的曲线图。频谱显示在532nm处的一些吸收率和在1064nm处的非常低的吸收率。样品的反射比是不同的，这是基于人眼可见的样品的不同颜色。样品的厚度均为3mm。从这些测量可以确定，在532mm、或515mm、或其它有效的激光波长处的激光处理可以是合适的。
[0164] 从上面概述的结果可以看出，表1的样品的激光处理表面测量的最大SEY值在1.6和2.2之间变化。具有最低SET值的样品为PS2C1R，其最大值为1.6。样品的反射率和SE似乎大体上没有联系。一些样品具有200eV电子能量的异常值，这可能是由于表面的不均匀性造成的。
[0165] 在一些其它的实施例中，样品为氧化铝，运行参数可以选自表3，以在样品表面产生期望的周期性布置的结构。在其他感兴趣的陶瓷材料的情况下，运行参数的值也可以选自表3。
[0166]
[0167] 表3
[0168] 功率密度范围为0.1TW/cm2至3TW/cm2时可以获得良好的结果，对于在氩气中处理的在功率密度范围为0.5TW/cm2至1.5TW/cm2中的波长为532nm获得特别好的结果。然而，对于在空气或氩气中进行的激光处理，实现了高度组织的结构化。
[0169] 上述关于表1至3和图2至12讨论的结果是使用在TW/cm2范围内的激光束功率密度获得的。在可选的实施例中，使用在GW/cm2范围内的激光束功率密度获取陶瓷表面的激光图样。
[0170] 表4提供了图1的设备的激光的运行参数，以在不同的氧化铝样品(称为NSCA样品)表面上产生期望的周期性布置的结构，使用在GW/cm2范围内的激光束功率密度。对于NSCA样品，在氩气环境中进行表面的激光处理。
[0171]样品名称 NSCA
波长(nm) 532
τ 10ns
重复率(kHz) 20
功率(W) 3.46
激光焦点半径(μm) 60
脉冲能量(μJ) 173.0
注量(J/cm2) 6.12
结构(交叉/线) 交叉
阴影距离(μm) 70
扫描速度(mm/s) 20
扫过次数 10
每次扫过每点的脉冲 60
激光处理区域的宽度(mm) 14
激光处理区域的长度(mm) 14
处理时间(分钟) 46.67
波长(nm) 532
τ 10ns
重复率(kHz) 20
功率(W) 3.46
激光焦点半径(μm) 60
脉冲能量(μJ) 173.0
注量(J/cm2) 6.12
结构(交叉/线) 交叉
阴影距离(μm) 70
扫描速度(mm/s) 20
扫过次数 10
每次扫过每点的脉冲 60
激光处理区域的宽度(mm) 14
激光处理区域的长度(mm) 14
处理时间(分钟) 46.67
[0172] 表4
[0173] 表4与上述表1的形式相同，其提供了对于用GW/cm2范围内的激光功率密度处理的某些样品的运行参数。
[0174] 表1的NSCA样品的厚度为3mm，且样品的激光处理面积为14mm乘14mm。样品为大于99.7％纯度的氧化铝(三氧化二铝)，此为用于某些粒子加速器应用的等级。
[0175] 对于样品上三个不同点处的不同初级电子能量，测量表4的NSCA样品的二次电子产率(SEY)。为了避免带电效应，在每个测量点之间用低能电子(36eV)轰击表面。测量一个-12 -11数据点的最大应用剂量约为1x 10 C。因此，测量一个频谱的总剂量约为1×10 C。
[0176] 图13为NSCA样品在激光处理表面上三个不同点处的以SEY为初级电子能量的函数的绘图。
[0177] 在进行SEY测量以后，通过用500eV电子轰击样品直至总剂量为1×10-2C/mm2，然后将样品暴露于空气中一晚，来调整NSCA样品以试图获得甚至更低的SEY值。
[0178] 图14为在使用500eV电子进行调整和暴露于空气之后的NSCA样品在激光处理表面上三个不同点处的以SEY为初级电子能量的函数的绘图。图13的SEY结果也包括在图14中以用于对比。
[0179] 结果表明，在调整和空气暴露之后获得的图14的SEY结果呈现出最大SEY增大，表明反应性表面。在调整和空气暴露之后的SEY频谱的测量不能很好地再现，其可能的原因可能是将电荷注入到陶瓷的块体中。
[0180] 为了验证NSCA样品表面的电荷，在调整和空气暴露之后进行X射线光电子能谱测量以获得XPS频谱。XPS频谱表明铝(15原子％)和氧(79原子％)是存在的主要元素，碳污染低(1原子％)并且存在一些氟(5原子％)。
[0181] 图15a和15b为NSCA样品的激光处理表面在不同放大水平下的SEM图像。
[0182] 图16a至16d为激光处理表面的SEM图像，其激光束的功率密度分别为0.25GW/cm2、0.35GW/cm2、0.45GW/cm2、和0.55GW/cm2，且样品在空气中进行激光处理。图16e至16n是激光
2 2 2
处理表面的SEM图像，其激光束的功率密度分别为0.6GW/cm 、0.65GW/cm 、0.7GW/cm 、
0.75GW/cm2、0.8GW/cm2、0.85GW/cm2、0.9GW/cm2、0.95GW/cm2、1GW/cm2和1.5GW/cm2，且样品在氩气环境中进行激光处理。其他操作参数与表4的NSCA样品大体上相同。
2 2 2
处理表面的SEM图像，其激光束的功率密度分别为0.6GW/cm 、0.65GW/cm 、0.7GW/cm 、
0.75GW/cm2、0.8GW/cm2、0.85GW/cm2、0.9GW/cm2、0.95GW/cm2、1GW/cm2和1.5GW/cm2，且样品在氩气环境中进行激光处理。其他操作参数与表4的NSCA样品大体上相同。
[0183] 在一些其它的实施例中，样品为氧化铝，运行参数可以选自表5，以在样品表面产生期望的周期性布置的结构。在其他感兴趣的陶瓷材料的情况下，运行参数的值也可以选自表5。
[0184] 脉冲宽度范围焦点半径重复率(KHz)平均功率(W)扫描速度(mm/s)重复数阴影距离(mcm)功率密度(强度)
[0185]
[0186] 表5
[0187] 功率密度范围为0.1GW/cm2至3GW/cm2时可以获得良好的结果，对于在氩气中处理的在功率密度范围为0.2GW/cm2至1GW/cm2中的波长为532nm获得特别好的结果。然而，对于在空气或氩气中进行的激光处理，实现了高度组织的结构化。
[0188] 实施例的特征在于，通过向表面施加功率密度在TW/cm2范围内或在GW/cm2范围内的激光辐射，可以在陶瓷表面上形成周期性结构。在不希望受理论束缚并且不限于保护范围的情况下，提供以下评论，其涉及可能与至少一些实施例相关的过程。
[0190] (i)光热相互作用(PTI)-通常使用提供短停留时间的激光束(例如具有纳秒脉冲宽度的激光)来实现；
[0191] (ii)光消溶相互作用(PAI)-使用提供超短停留时间的激光束(例如具有皮秒或飞秒脉冲宽度的激光)来设想。
[0192] 关于表4和5以及图13至16描述的实施例的激光处理可以属于PTI机制。关于表1至3以及图2至11描述的实施例的激光处理可以属于PAI机制。
[0193] 在PTI机制中，聚焦的激光束用作空间受限的强热源。靶材料迅速升温，最终导致其蒸发。不希望暗示对保护范围的任何限制，可以称为将靶材料汽化。该方法的优点在于，其可以使得快速移除相对大量的靶材料。然而，加工后外围的热影响区(HAZ)损坏以及某些重铸材料的存在在精密激光材料工程的热量密封方面存在限制。
[0194] 在PAI机制中，激光驱动材料内部的光的多光子吸收。这剥离了材料中的电子，然后由于库仑排斥而炸开。因为PAI涉及直接破坏将材料保持在一起的分子或原子键，而不是简单地加热它，它本质上不是“热”过程。由于材料在非常短的时间段内被移除，因此脱落的材料在热量可以扩散到周围材料之前带走大部分能量。这些效应可能导致HAZ显着降低。此外，这是一个干净的过程且可以留下最少的重铸材料，从而消除了费劲的后处理的需要。PAI机制与很多种材料兼容，包括具有低线性光学吸收的高带隙材料，因此难以用现有技术进行操作。PAI机制可以被认为是“波长中立的”；也就是说，即使材料在激光波长下是一般能透射的，也可以减少非线性吸收。
[0195] PAI机制将从根本上允许陶瓷表面的电子功函数的定制设计。陶瓷通常由金属和非金属原子组成，这些原子通过部分离子键和部分共价键连接，赋予它们诸如硬度、脆性和耐热性等特性。因此，可能重要的是，正确识别可能在这些材料中的光-物质相互作用机制中起重要作用的参数并且最终有助于激光精密结构化过程的挑战和陶瓷表面的表面电势的设计。
[0196] PTU和PAI机制分别在图17a和17b示意性地示出。
[0197] 实施例的进一步特征是施加到表面的脉冲辐射的特性，例如在皮秒范围或更小的脉冲持续时间的使用，可以使得，与使用更高能量和/或更长持续时间(例如在纳秒级范围内的脉冲持续时间)的脉冲辐射形成的特征相比，所形成的周期性结构可以具有更浅的深度和/或更平缓的倾斜。
[0198] 再次，在不希望受理论束缚并且不限于保护范围的情况下，提供以下评论，其涉及可能与至少一些实施例相关的过程。
[0199] 在非常高强度(或高辐照度)下的照射中，面临着致密的强吸收材料的问题，在最初的几十纳米中，其中以约1020W/cm3的速率的释放出能量。一旦随机化，该能量的一部分被引入大部分材料中，而部分通过加热层的热膨胀转换成定向动能。在这方面，有两种机制是有区别的。
[0200] 1.纳秒脉冲激光相互作用，其中材料的膨胀和消溶占主导地位的。这里，加热层的热压足以引起下面的靶材料的显着压缩。
[0201] 2.皮秒脉冲激光相互作用，其中热传导占主导地位，因为在脉冲持续时间期间的流体动力学运动可以忽略不计(这里的激光脉冲可以比纳秒的短1000倍或更短)。在皮秒机制中，在处理层的流体动力膨胀甚至开始之前，可能发生致密材料的强烈加热。在该机制中产生的等离子体可具有与固体靶本身基本相同的密度。这-在冷却时-导致精细结构的形成-取决于照射参数在1微米至50微米的范围内-覆盖有纳米结构。
[0202] 根据一些实施例，使用皮秒持续时间的脉冲辐射在某些情况下可以在表面上形成纳米波纹或其他小尺度结构，还通过在表面上以适当的模式扫描激光束而获得的较大尺度的峰和谷。可能的是，除了通过较大的周期性的高峰和谷结构导致的降低之外，这种纳米波纹或其他小尺寸结构在某些情况下进一步降低PEY或SEY。此外，在一些情况下，纳米波纹或其他小尺寸结构和/或与皮秒而非纳秒脉冲相关联的较浅的高峰和谷也可提供表面的改善的或可选的电特性，例如减少的感应，和/或可以为表面提供纳米尺度或微米尺度的增大的区域。
[0203] 再次，在不希望受理论束缚并且不限于保护范围的情况下，进一步的评论如下。
[0204] 随着表面粗糙度的增加，对于以(例如在统计上包含)更多谷地为特征的表面，最大SEY可能降低，而在具有(例如在统计上包含)更多丘陵的表面上，最大SEY可能显着增大。观察表明，由于其不同的形态特征和表面电子功函数(EWF)，丘陵和谷地结构可能分别在降低和增大SEY方面非常有效。
[0205] 总SEY可以表示发射的真实二次电子(SE)和背向散射电子(BSE)与入射到表面的一次电子(PE)的比率。
[0206] 示例：暴露在空气中的样品表面很容易被吸附的气体和碳氢化合物污染，并且它们的SEY可能会增加。
[0207] 由污染引起的高SEY应该可能引起电子倍增并最终降低微波设备的性能以及大粒子加速器中破坏性的电子云不稳定性。
[0208] SEY的增大表明电子功函数(EWF)的降低。
[0209] 随着粗糙度的增加，对于由丘陵保留的表面SEYmax显着增加。这种现象意味着丘陵结构将在SE发射中发挥积极作用。此外，主要以谷地为特征的表面使得SEYmax迅速降低，这应该是SEYmax降低的主要因素。
[0210] 在谷地结构的情况下，SE可以通过与侧壁的碰撞而有效地被捕获，因此SEY降低。然而，对于丘陵结构，除了侧壁的消极影响外，对SE发射有一些积极影响。例如，一些PE倾斜地撞击局部表面，这将引起比正常入射更多的SE。此外，SE很可能重新进入丘陵的侧壁，导致进一步产生SE。大多数重新进入的SE应该是具有高能量的BSE，以克服表面势垒并产生大量真正的SE，且低能量逃逸到真空。
[0211] 由不同表面形态引起的电子功函数(EWF)的变化也可能是SEY变化的原因。随着表面粗糙度的增加，功函数可以在表面高峰处减小并且在表面谷处增加。在我们的结构化工作中，丘陵和谷地可以被视为表面高峰和谷。由丘陵结构引起的更粗糙的表面通常具有更低的电子功函数(EWF)，因此SEY自然地增大。然而，通过粗糙化具有谷地结构的表面将增强EWF，并且最终SEY降低。
[0212] 已经发现，在形成周期性结构的激光处理之后在陶瓷表面上形成金属层可以导致SEY的显着降低。图18为上述样品名称为PS2C1R和PS2C1R的氧化铝陶瓷样品在涂覆一层10nm厚的金之前和之后的以SEY测量值为初级电子能量的函数的绘图。可以看出，两种样品的SEY显著降低。
[0213] 图19和20为PS2C1R和PS2C1R氧化铝样品在涂覆金层之后的表面的SEM图像。
[0214] 在可选施例中，任意其他合适厚度的任意其他合适的金属可用于陶瓷表面上的金属层。
[0215] 可使用任意合适的沉积过程来形成金层或其它金属层，例如任意合适的化学的或物理的气相沉积过程，例如喷溅涂覆过程、蒸发沉积过程或激光沉积过程。举例来说，Edwards(RTM)308涂覆单元可用于形成涂层。可以使用任意其它合适的沉积装置。
[0216] 在可选实施例中，陶瓷表面或沉积在陶瓷表面的金属层可以经受去油、清洁或平滑过程和/或在施加激光辐射之后的表面碳还原处理，这可导致SEY降低。可以使用NGL(RTM)脱脂产品进行清洁。在可选的实施例中可以使用任意合适的去油、清洁、平滑或表面碳还原处理。在一些实施例中，去油剂可以基本上不改变样品的形态，但可以从表面移除一层碳或含碳化合物、混合物或其他材料或其它非期望的和/或外来的化合物、混合物或材料，例如金属氧化物、油脂或污垢。例如，在一些实施例中，可以在例如室温下使用99.7％的冰醋酸(可以使用任意其它合适的浓度)以移除表面材料，例如铜(I)和铜(II)氧化物和/或其他材料而基本上不改变表面形态。
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