[發明專利]一種確定粗糙金屬表面二次電子發射特性的方法

有效

• 申請號: 201210130956.4
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102680503A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 張娜;曹猛;張海波;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: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種確定粗糙金屬表面二次電子發射特性的方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)對材料的粗糙表面形貌進行表征，若材料表面形貌規則，將表面形貌劃分為矩形網格，矩形網格內任意一點的起伏高度h采用解析式表示，并確定表面最大的起伏高度h_max；若材料表面為非規則表面形貌，采用顯微鏡進行表面形貌提取，采用矩形網格點的方法進行采樣，并建立二維數值描述表面形貌，得到表面形貌的矩形網格點中任意一點的起伏高度h和表面所有起伏高度h的最大值h_max；

(2)將電子從A_i-1點運動到A_i點的直線運動軌跡的長度記為t_i，將電子從A_i點運動到A_i+1點的直線運動軌跡的長度記為t_i+1，則t_i+1由如下遞推關系得到，則：

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：

當電子處于起始位置或電子自由程起始點時，令t₁＝0；i＝1，2，3，...；(x_i，y_i)為A_i點投影在相應矩形網格內的局部坐標，z_i為A_i點投影在垂直于矩形網格的z軸上的坐標；

(x_i+1，y_i+1)為A_i+1點投影在相應矩形網格內的局部坐標，z_i+1為A_i+1點投影在垂直于矩形網格的z軸上的坐標；

n_x和n_y分別為電子運動方向單位矢量在x和y向的投影；

h_i為局部坐標(x_i，y_i)對應的表面起伏高度；

(3)對電子是否與金屬材料表面發生相互作用進行判斷，令

f＝(z_i-h_i)(z_i+1-h_i+1)

如果f≥0且z_i+1＞h_max，表明電子不會與材料發生相互作用，記錄此時電子的能量和方向，進入步驟(8)；

如果f＞0且z_i+1≤h_max，表明電子沒有與金屬材料表面發生相互作用，令t_i＝t_i+1，返回步驟(2)；

如果f≤0，表明電子從A_i點運動到A_i+1點時會穿過材料表面；如果z_i-h_i＞0，表明電子是從材料外部進入材料內部，進入步驟(4)；如果z_i-h_i＜0，表明電子從材料內部出射，跳轉到步驟(6)；

其中：

h_i+1為局部坐標(x_i+1，y_i+1)對應的表面起伏高度；

(4)若電子從材料外部入射材料內部，根據入射電子的入射方向和入射點材料的表面法向由電子運動滿足的能量守恒和動量守恒，計算電子入射到材料后的能量E_i和運動方向

E_i＝E_p+U₀

ni→=EpEp+U0np→+(EpEp+U0cosθ-Epcos2θ+U0Ep+U0)Ni→]]>

其中：

E_p為入射電子能量；

U₀為內電勢，U₀＝E_F+Φ，E_F為材料的費米能級，Φ為材料的功函數；

為入射電子的入射方向；

為入射點材料的表面法向；

θ為入射電子的入射方向與入射點材料的表面法向的夾角，

(5)根據入射到材料內部的電子能量E_i和運動方向采用常規理想表面的蒙特卡羅方法模擬電子在材料中的散射過程，追蹤入射電子和二次電子的軌跡，記錄每次散射的電子能量E_j、電子運動方向和電子的自由程S_j，其中j＝1，2，...，m，對電子在每段自由程S_j內的直線運動，按照步驟二和步驟三處理；

(6)當有電子運動到材料表面時，記錄電子從材料表面出射的位置(x_m，y_m，z_m)，根據電子的運動方向和出射點材料的法向計算電子出射幾率T：

其中：

為電子運動到材料表面時的方向；

為出射點材料的法向；

為電子運動方向與出射點材料法向的夾角，

E_m為電子出射材料表面時的能量；

(7)在區間[0，1]上生成隨機數RND，

如果T≤RND，則令電子在表面發生反射，反射后電子仍以能量E_m繼續在材料中散射，而運動方向為

然后跳轉到步驟(5)；

如果T＞RND，則令電子出射，出射后電子的能量為E_s，運動方向為

E_s＝E_m-U₀

返回步驟(2)

(8)改變入射電子能量E_p，重復步驟(2)～(7)，記錄出射的二次電子運動方向和能量，統計不同入射電子能量下的出射電子數目，獲得所述材料的二次電子發射系數；統計出射電子的方向和能量，獲得所述材料的二次電子能譜及出射方向分布。

2.根據權利要求1所述的一種確定粗糙金屬表面二次電子發射特性的方法，其特征在于：所述步驟(1)中若材料表面為非規則表面形貌，則表面形貌的矩形網格點中任意一點的起伏高度h采用一階線性插值的方法獲得，即：

h=hlu+hru-hluam+hld-hlubn+hrd+hlu-hru-hldabmn]]>

其中：

(m，n)為局部坐標下矩形網格內的任意一點坐標；

h為矩形網格點中任意一點的起伏高度；

h_lu為矩形左上角的起伏高度；

h_ld為矩形左下角的起伏高度；

h_ru為矩形右上角的起伏高度；

h_rd為矩形右下角的起伏高度；

a為矩形網格點的長；

b為矩形網格點的寬。