[发明专利]一种化合物材料电子非弹性散射截面的确定方法

说明书

本发明公开了一种化合物材料电子非弹性散射截面的确定方法，该方法从化合物材料的微观结构出发，确定材料体系的基态波函数和基态能量，确定体系的激发态性质，如光学能量损失函数，确定电子在材料中的非弹性散射截面。在化合物材料非弹性散射截面难以获取困难的前提下，采用本发明所述方法可以快速、精准获得电子与化合物材料相互作用的非弹性散射截面。

技术领域

本发明属于电子科学与技术领域，涉及一种电子束激发二次电子发射过程中化合物材 料电子非弹性散射截面的确定方法

背景技术

电子辐照引起材料内部激发出二次电子是物理电子学中一个基础而重要的问题，同时 也是影响许多相关科学领域的重要因素。如：扫描电镜、俄歇电子能谱仪、空间飞行器表 面带电效应、大功率微波器件的微放电效应、真空电子学和粒子加速器等。二次电子发射 系数(SEY)是表征材料的二次电子发射特性的重要参数。因此，SEY的研究对各类电子器件、二次电子发射特性带来的影响有着重要评估意义。

深入分析电子在材料中的运动过程是研究二次电子发射特性的基础。当电子进入材料 后，电子会在材料内部与原子及分子发生散射。散射分为弹性散射和非弹性散射。弹性散 射仅仅改变原电子的运动方向，而非弹性散射不仅会改变原电子的运动方向，还会将原电 子的一部分能量传递给发生碰撞的原子或分子，使得材料中的电子激发运动出表面形成二 次电子。通过以上分析可以得出，电子在材料中非弹性散射过程时二次电子产生的根本原 因，而描述非弹性截面作为描述电子在材料中的非弹性散射过程的核心参数决定了材料二 次电子发射特性的关键。

Penn提出了处理材料的复介电函数的虚部从而准确得到非弹性散射截面的方法。在该 模型中，由于Lindhard能量损失函数的复杂性，难以直接通过积分得到能量损失，为近 似并简化计算，Penn提出单极近似方法，将能量损失函数外推采用光学能量损失函数近似。从而材料的光学能量损失函数成为求解非弹性散射截面的关键。

本发明从化合物材料的微观组成结构出发，对构建的材料模型求解光学能量损失函 数，结合Monte Carlo计算方法分析并建立材料微观组成结构与二次电子发射特性之间的 关系。

发明内容

化合物材料相比单质材料而言，由于不同元素间成键复杂，非弹性散射截面难以获取。 本发明技术解决的问题是：克服现有的技术的不足，提供了一种化合物材料电子非弹性散 射截面的确定方法。采用本发明所述方法可以从原子微观尺度上准确获得电子与化合物材 料相互作用时的非弹性散射截面。

本发明的技术解决方案是：

一种化合物材料电子非弹性散射截面的确定方法，包括以下步骤：

(1)确定化合物材料的微观尺度的计算结构；

(2)基于密度泛函理论，求解体系的Kohn-Sham方程，结合广义梯度关联势的模守恒 赝势得到基态能量及基态波函数；

(3)根据步骤(2)中的基态能量及基态波函数数据，采用含时密度泛函理论求解材料 的激发态性质：光学能量损失函数Im{-1/ε(ω)}；

(4)将步骤(3)中的光学能量损失函数数据近似并积分处理，得到电子与化合物材料 相互作用的非弹性散射截面并确定发生非弹性散射后的能量损失、散射角 和方位角。

所述步骤(1)中的确定化合物材料微观尺度的计算结构，具体包括：原子相对空间位置、键长、键角信息的确定。

所述步骤(2)中的基于密度泛函理论，求解体系的Kohn-Sham方程，结合广义梯度关联势的赝势得到基态能量及基态波函数，具体实施方式如下：

根据Kohn-Sham方程有：