[发明专利]一种金属二次电子发射系数计算方法

说明书

本发明公开了一种金属二次电子发射系数计算方法，考虑入射电子在材料中散射并激发内二次电子，内二次电子向表面运动，并发生级联散射，表面处的内二次电子越过表面势垒形成二次电子发射，建立依次考虑上述过程涉及的物理机制的金属二次电子发射系数半经验公式，对电子射程与内二次电子能量分布函数进行优化，并考虑了斜入射和背散射修正，获得金属的二次电子发射系数半经验公式，结果表明，优化公式计算结果与实验测量结果的相对误差不超过20％，相对于以往公式相对误差至少降低了10％，验证了优化公式的可靠性和普适性，本发明相对于其他传统的实验测量方法和蒙特卡洛计算方法，能够大幅缩短计算时间，使用更加简洁、方便，并且结果精准。

技术领域

本发明属于物理电子学中的二次电子发射领域，具体涉及一种金属二次电子发射系数计算方法。

背景技术

二次电子主要包括本征二次电子和背散射电子。对于二次电子产生的机理可以简要的概括如下：电子以一定能量入射到金属表面时，与金属内的原子或分子发生多次散射，一部分电子与表面原子发生弹性散射而被直接反弹回去，形成弹性背散射电子。进入材料内部的原电子可能与金属原子发生非弹性散射而激发出内二次电子，内二次电子主要由入射电子将样品原子导带、价带或者少量内壳电子电离逸出样品形成的，一部分内二次电子会向表面移动并克服功函数而出射，形成本征二次电子，部分原电子在内部因多次散射改变运动轨迹并损失能量，直至从表面逸出形成非弹性背散射电子，或者消耗全部的能量后停留在样品内部，从而被材料吸收。通常把弹性和非弹性背散射电子统称为背散射电子。二次电子主要是由本征二次电子构成的，而背散射电子所占的比例较少。为了区分这两类电子，理论中，可以根据其散射类型判断其分类，而实验中通常认为能量小于50eV的二次电子是本征二次电子，能量大于50eV的电子为背散射电子。扫描电镜是利用入射电子束激发的二次电子或背散射电子信号形成高分辨率的形貌图像。在扫描电镜中，样品表面不同取向的小平面相对于探测器的收集角不同，导致二次电子发射系数不同，因此，对表面状态非常敏感的二次电子能有效的反映样品的表面形貌。此外，人们将扫描电镜与许多其它分析仪器组合，可以对形貌、微区成分和晶体结构等多重微观组织结构进行同时分析。在扫描电镜环境中做加热、冷却、加气、加液等各种实验，使扫描电镜的应用大大扩展。

目前确定二次电子发射系数的方法有以下几种：第一是实验测量，通过将样品放在二次电子发射特性测试设备中直接测试其二次电子发射系数，然而目前国内可以精确测量二次电子发射系数的设备非常稀少，并且测量过程复杂，对专实验人员技术要求较高，费时费力；第二是通过粒子模拟的方法对电子与材料原子散射的微观过程进行模拟，这种方法最接近物理实际过程，但是需要进行大量的循环和迭代才能得到较为精确的结果，因此模拟时间很长；第三是二次电子发射系数半经验公式计算方法，这种方法基于电子与原子相互作用的物理过程，可以将材料的基本参数代入公式中，直接计算得到二次电子发射系数，这种方法耗时短，普适性强，现已是研究二次电子发射过程中常用的手段。

二次电子发射系数半经验公式的研究早在上世纪三四十年代就已经展开了，然而仍存在许多假设与实际情况不符之处需要改进。并且，以往二次电子发射特性与入射能量和角度之间的实验测量和理论研究结果存在较大差异，有些已报道的实验数据在相同实验条件下测量的最大二次电子发射系数甚至相差大约5倍，这对于利用二次电子发射特性的各种应用和研究带来困难。因此，需要获得二次电子发射系数半经验公式，提高公式的可靠性和普适性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属二次电子发射系数计算方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属二次电子发射系数计算方法，包括以下步骤：

步骤1)、确定内二次电子的能量分布函数和内二次电子的跨越势垒的概率函数，根据内二次电子的能量分布函数和内二次电子的跨越势垒的概率函数得到表面处内二次电子的平均出射概率；

步骤2)、计算入射电子运动到表面的内二次电子的数目；