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用于航天器靜電放電(ESD)防護的二次電子發射與陷阱態原位聯合(SETiC)測量技術
《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》:Secondary Electron Emission and Trap State In Situ Combined (SETiC) Measurement for Spacecraft ESD Protection
【字體: 大 中 小 】 時間:2026年02月27日 來源:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 5.9
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空間電荷累積和電靜放電(ESD)威脅航天器電子系統,次級電子發射(SEE)與陷阱態(TS)的耦合機制是關鍵研究難點。本文開發新型在 situ 測量裝置SETiC,可在寬溫域(153-573 K)、高真空(<10?? Pa)及多能電子束(20 eV-50 keV)條件下同步測量SEE與TS特性,通過圓柱形三測位腔體和四軸轉臺實現多角度采樣,結合等溫表面電位衰減(ISPD)法解析TS密度與能級分布,為建立電荷累積與ESD防護模型提供技術支撐。
航天器充電現象發生在帶電粒子(來源于太空環境,如等離子體、高能粒子和宇宙射線,或人工源,如等離子體推進器和電動力纜繩)在航天器表面或內部停止時[1]、[2]、[3]。高度帶電的航天器表面容易發生靜電放電(ESD)[4]、[5]、[6],這可能導致電子系統故障、材料退化、運行異常,甚至任務失敗[7]、[8]、[9]。下一代航天器中不斷升高的電壓和功率水平進一步凸顯了開發先進充電和ESD防護策略的必要性[2]、[10]、[11]。帶電粒子與航天器表面的相互作用包括復合、二次電子發射(SEE)、濺射、氣體釋放等過程[12]、[13]、[14]。其中,電子誘導的SEE對航天器充電至關重要,因為流入航天器的凈電子電流取決于二次電子發射效率(SEY)和入射電子電流(I),其關系為I = SEY × I。對于介電材料而言,SEY受俘獲電荷的影響[15]、[16]、[17],因此俘獲態(TS)與SEE密切相關。因此,SEE和TS是航天器充電和ESD過程中關鍵的、相互關聯的特性,應該在同一位置進行聯合測量。據我們所知,目前還不存在這種原位結合測量技術。為此,我們提出了第一種原位結合測量方法(SETiC),利用新開發的儀器和診斷技術來揭示航天器充電過程中的SEE–TS耦合機制,并幫助開發新的ESD防護方法。