[发明专利]一种确定粗糙金属表面二次电子发射特性的方法

摘要

本发明涉及一种确定粗糙金属表面二次电子发射特性的方法，该方法给出了判断电子是否入射到材料内部的方法，并利用该方法判断电子从材料内部出射后，是否再次入射，从而充分考虑了电子与粗糙金属表面的多次相互作用，并通过对大量电子的统计分析获得金属材料的二次电子发射特性，本发明由于充分考虑电子出射材料表面时与粗糙表面的多次相互作用，获得的二次电子发射特性与实验结果更加吻合，并且采用本发明方法可以对任意表面形貌的二次电子发射特性进行分析，可用于研究表面形貌与二次电子发射特性的规律，为探索可抑制二次电子发射的表面形貌提供理论指导。

主权项

1.一种确定粗糙金属表面二次电子发射特性的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)对材料的粗糙表面形貌进行表征，若材料表面形貌规则，将表面形貌划分为矩形网格，矩形网格内任意一点的起伏高度h采用解析式表示，并确定表面最大的起伏高度h_max；若材料表面为非规则表面形貌，采用显微镜进行表面形貌提取，采用矩形网格点的方法进行采样，并建立二维数值描述表面形貌，得到表面形貌的矩形网格点中任意一点的起伏高度h和表面所有起伏高度h的最大值h_max；(2)将电子从A_i-1点运动到A_i点的直线运动轨迹的长度记为t_i，将电子从A_i点运动到A_i+1点的直线运动轨迹的长度记为t_i+1，则t_i+1由如下递推关系得到，则：ti+1=ti+min(tx,ty)nx≠0,ny≠0ti+txnx≠0,ny=0ti+tynx=0,ny≠0|hi-zi|nx=0,ny=0]]>tx=(a-xi)/nxnx>0-xi/nxnx<0]]>ty=(b-yi)/nyny>0-yi/nyny<0]]>其中：当电子处于起始位置或电子自由程起始点时，令t₁＝0；i＝1，2，3，...；(x_i，y_i)为A_i点投影在相应矩形网格内的局部坐标，z_i为A_i点投影在垂直于矩形网格的z轴上的坐标；(x_i+1，y_i+1)为A_i+1点投影在相应矩形网格内的局部坐标，z_i+1为A_i+1点投影在垂直于矩形网格的z轴上的坐标；n_x和n_y分别为电子运动方向单位矢量在x和y向的投影；h_i为局部坐标(x_i，y_i)对应的表面起伏高度；(3)对电子是否与金属材料表面发生相互作用进行判断，令f＝(z_i-h_i)(z_i+1-h_i+1)如果f≥0且z_i+1＞h_max，表明电子不会与材料发生相互作用，记录此时电子的能量和方向，进入步骤(8)；如果f＞0且z_i+1≤h_max，表明电子没有与金属材料表面发生相互作用，令t_i＝t_i+1，返回步骤(2)；如果f≤0，表明电子从A_i点运动到A_i+1点时会穿过材料表面；如果z_i-h_i＞0，表明电子是从材料外部进入材料内部，进入步骤(4)；如果z_i-h_i＜0，表明电子从材料内部出射，跳转到步骤(6)；其中：h_i+1为局部坐标(x_i+1，y_i+1)对应的表面起伏高度；(4)若电子从材料外部入射材料内部，根据入射电子的入射方向和入射点材料的表面法向由电子运动满足的能量守恒和动量守恒，计算电子入射到材料后的能量E_i和运动方向E_i＝E_p+U₀ni→=EpEp+U0np→+(EpEp+U0cosθ-Epcos2θ+U0Ep+U0)Ni→]]>其中：E_p为入射电子能量；U₀为内电势，U₀＝E_F+Φ，E_F为材料的费米能级，Φ为材料的功函数；为入射电子的入射方向；为入射点材料的表面法向；θ为入射电子的入射方向与入射点材料的表面法向的夹角，(5)根据入射到材料内部的电子能量E_i和运动方向采用常规理想表面的蒙特卡罗方法模拟电子在材料中的散射过程，追踪入射电子和二次电子的轨迹，记录每次散射的电子能量E_j、电子运动方向和电子的自由程S_j，其中j＝1，2，...，m，对电子在每段自由程S_j内的直线运动，按照步骤二和步骤三处理；(6)当有电子运动到材料表面时，记录电子从材料表面出射的位置(x_m，y_m，z_m)，根据电子的运动方向和出射点材料的法向计算电子出射几率T：其中：为电子运动到材料表面时的方向；为出射点材料的法向；为电子运动方向与出射点材料法向的夹角，E_m为电子出射材料表面时的能量；(7)在区间[0，1]上生成随机数RND，如果T≤RND，则令电子在表面发生反射，反射后电子仍以能量E_m继续在材料中散射，而运动方向为然后跳转到步骤(5)；如果T＞RND，则令电子出射，出射后电子的能量为E_s，运动方向为E_s＝E_m-U₀返回步骤(2)(8)改变入射电子能量E_p，重复步骤(2)～(7)，记录出射的二次电子运动方向和能量，统计不同入射电子能量下的出射电子数目，获得所述材料的二次电子发射系数；统计出射电子的方向和能量，获得所述材料的二次电子能谱及出射方向分布。