[發明專利]一種確定中低能電子非彈性散射的方法

有效

• 申請號: 201110291333.0
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN102507608A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 張娜;崔萬照
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01N23/00
• 分類號: G01N23/00;G01N23/22
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明公開了一種確定中低能電子非彈性散射的方法。

背景技術

電子束與物質的相互作用是凝聚態物理研究中的一個非常重要的領域，主要應用于電子顯微學(如掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM))、表面電子能譜(俄歇電子能譜、電子能量損失譜等)、電子探針微分析、電子束光刻、電子束焊接、電子束蒸發沉積薄膜制備、電子束固化技術。在電子顯微學和表面電子能譜中電子束作為探針轟擊樣品，在材料內通過電子的散射產生表征材料性質的各種特征信號，從而可獲得材料的晶體結構、組成成分、電子結構、表面形貌、內部缺陷等各種微觀性質。所以，電子束與物質的相互作用構成了許多檢測和分析工具的基礎。

電子束與物質的相互作用可看作電子在固體中的輸運和散射兩個過程。電子入射固體后，電子與固體中的原子或分子發生一系列碰撞，并按某種規律隨機運動，運動方向不斷發生改變，這種現象稱為散射。電子在材料中的散射分為兩類：彈性散射和非彈性散射。彈性散射改變散射電子的角度和位置，非彈性散射使電子的一部分能量傳遞給發生碰撞的原子或分子，電子能量降低，電子運動方向也發生變化。非彈性散射中被激發出的粒子攜帶著與物質材料相關的信息，因此常被用來作為電子能譜學中的收集信號。非彈性散射精確描述的關鍵是獲得精確的非彈性散射截面及散射角。

目前已經提出了多種散射模型描述非彈性散射，其中Penn提出了利用介電函數處理的非彈性散射模型，由于它可以充分利用電子與金屬相互作用的已有實驗結果，準確計算非彈性散射截面，Penn介電模型成為現在描述散射能量低于10keV的非彈性散射的最常用的方法之一。在Penn介電模型中，由于Lindhard能量損失函數的復雜性，實際上很難通過直接積分得到能量損失函數，為了簡化計算，Penn提出了單極近似方法。在單極近似下，忽略電子-空穴對的產生對Lindhard介電函數的貢獻，認為單個能量損失函數項只有沿著等離子體激元色散曲線才有貢獻，采用沖擊函數描述Lindhard介電函數。

Im{-1ϵL(q,ω;ωp)}≈πωp22ωqδ(ω-ωq)]]>

其中為Lindhard介電函數，ω_p為等離子體激元的頻率，ω_q為等離子體激元的色散頻率，E為入射電子的能量。該方法無需擬合，但對與電子相互作用的等離子體激元的中心頻率，需要逐一判斷其所滿足的動量約束和能量約束。由于該方法無法給出等離子體激元中心頻率滿足條件的確定范圍，需要通過積分運算獲得非彈性散射截面。該方法存在積分誤差累積，同時不利于快速分析電子能量損失譜和二次電子發射特性研究。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種確定中低能電子非彈性散射的方法。采用本發明所述方法可以快速、精確的獲得電子與固體相互作用發生非彈性散射的散射截面和散射角。

本發明的技術解決方案是：

一種確定中低能電子非彈性散射的方法，包括以下步驟：

(1)根據電子發生非彈性散射前的電子能量E和非彈性散射中轉移的能量ΔE，確定與電子相互作用的等離子體激元的中心頻率上限ω_m；