[发明专利]一种确定气体吸附状态下的二次电子发射特性的方法

摘要

本发明涉及一种确定气体吸附状态下的二次电子发射特性的方法，基于现有的电子入射到理想表面在材料内部的散射过程和电子的轨迹追踪过程，加入了功函数的变化和电子与吸附气体的各种散射过程，根据电子运动到不同的位置，例如电子处于气体吸附层厚度h内、或者电子从气体吸附层进入材料层或者电子从材料层向气体吸附层出射、或者电子处于材料内部等，采用不同的方法确定电子的能量和角度，获得二次电子发射系数，从而确定气体吸附状态下的二次电子发射特性，本发明方法为获得金属表面实际气体吸附下的二次电子发射特性提供了一种有效手段。

主权项

1.一种确定气体吸附状态下的二次电子发射特性的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（一）、确定材料所处气压下的吸附气体层的密度分布ρ(z)=C₁exp(-C₂z)+p/k_BT其中：ρ(z)为表面气体吸附层沿气体与材料交界面法向z的密度分布；p为材料所处的气压压强；T为材料所处空间的绝对温度；k_B为波尔兹曼常数；C₁=9.21/h，h为吸附层厚度；C₂=Q/C₁，Q为材料的吸附量；材料的吸附量Q为：lgQ=lgQm-AT2(lgpp0)2]]>其中：Q_m为一个单分子层的最大吸附量，A为常数，p₀为吸附气体的饱和蒸汽压；步骤（二）判断电子所处的状态：若电子处于气体吸附层厚度h内，进入步骤（三）；若电子处于材料内部，进入步骤（六）；若电子处于气体吸附层厚度h外，统计电子的出射数目，从而得到二次电子发射系数，统计出射电子的能量和角度，获得所述材料的二次电子能谱及出射方向分布；步骤（三）、确定电子在吸附气体中发生的散射类型（1）计算电子与吸附气体分子的总散射截面σT：σT=Σi=16σi=σel+σexc,v+σexc,e+σdis+σioniz+σioniz,d]]>其中：σ_el、σ_exc,v、σ_exc,e、σ_dis、σ_ioniz和σ_ioniz,d分别表示电子与气体分子发生弹性散射的散射截面、振动激发的散射截面、电子激发的散射截面、离解的散射截面、电离的散射截面和离解电离的散射截面；（2）确定电子在吸附气体中发生的散射类型首先计算六种散射截面的概率分数：P_el、P_exc,v、P_exc,e、P_dis、P_ioniz和P_ioniz,d；P₁=P_el=σ_el/σ_T   P₂=P_exc,v=σ_exc,v/σ_TP₃=P_exc,e=σ_exc,e/σ_T   P₄=P_dis=σ_dis/σ_TP₅=P_ioniz=σ_ioniz/σ_T   P₆=P_ioniz,d=σ_ioniz,d/σ_T然后构造区间序列(x₀,x₁),[x₁,x₂),...[x_i-1,x_i)…,令x₀=0，使x_i-x_i-1=P_i，i=1,2,...,6；最后产生0到1之间均匀分布的随机数RND₁，当随机数RND₁∈[x_i-1,x_i)时，则认为电子发生第i种散射；步骤（四）、确定电子与气体分子散射后的散射步长、能量和角度（1）入射电子在两次连续散射之间的散射步长，即由位置A_n-1到位置A_n的散射步长s_n通过一个在区间(0，1)均匀分布的随机数RND₂，从电子自由程的分布函数中抽样求得：s_n=-λ_TlnRND₂其中：λ_T为电子总平均自由程：λ_T=1/(ρ(z_n)·σ_T)，σ_T为电子与吸附气体分子的总散射截面，ρ(z_n)为表面吸附层在距离材料表面法向z_n处的密度分布，z_n为位置A_n的z向坐标；（2）根据步骤（三）获得的电子在吸附气体中发生的散射类型，计算散射后电子的能量和角度，假设电子发生碰撞前的能量为E₀，散射后电子的能量为E，具体方法如下：（a）、若入射电子与气体分子发生了弹性散射时：E=E₀弹性散射后电子的偏转角θ由下式得到：RND3=∫0θσ(E0,θ)sinθdθ∫0πσ(E0,θ)sinθdθ]]>其中：RND₃为(0，1)之间均匀分布的随机数，σ(E₀,θ)为对应能量E₀的电子的弹性微分散射截面；（b）、若入射电子与气体分子发生了振动激发散射、电子激发散射或离解散射时：E=E₀-E_ex其中：E_ex代表振动激发阈值、电子激发阈值或离解阈值；（c）、若入射电子与气体分子发生了电离散射或离解电离散射时：散射后原电子能量：E=(E₀-E_ion)RND₄新产生的电离电子能量：E_sec1=(E₀-E_ion)(1-RND₄)其中：E_ion为发生散射的电离阈值或离解电离阈值，RND₄为(0，1)之间均匀分布的随机数；发生振动激发、电子激发、离解、电离、离解电离时，电子的散射角为：cosθ=1-2RND₅发生弹性散射、振动激发、电子激发、离解、电离、离解电离时，电子的方位角为：ψ=2πRND₆；其中RND₅和RND₆为(0，1)之间均匀分布的随机数；步骤（五）、根据电子的散射步长、散射角和方位角，确定出电子下一次运动的位置，然后判断电子处于所述位置时是否到达气体吸附层与材料界面，如果电子没有到达界面，返回步骤（二），如果电子到达材料界面，根据电子到达材料界面的能量判断电子是否可以穿越材料表面，具体方法为：（1）若电子到达表面的能量<材料原功函数+ΔW，电子无法穿越材料表面而被材料吸收；（2）若电子到达表面的能量≥材料原功函数+ΔW，电子可以穿越气体与材料的交界面；（a）、如果电子从气体吸附层入射到材料层，电子以入射到材料内部的能量E_mat,in和角度θ_mat,in进入步骤（六）；其中电子到达材料内部的电子能量E_mat,in为：E_mat,in=E_vac,in+W+ΔW，进入材料内部的电子角度为：其中：电子在材料外部的能量为E_vac,in，与材料表面法向的夹角为θ_vac,in；ΔW为材料在所处气压下的功函数改变；W为材料原功函数；（b）、如果电子从材料层出射到气体吸附层，则以电子出射后的能量E_vac,out和角度θ_vac,out进入步骤（二）；其中电子到达吸附气体层的电子能量E_vac,out为：E_vac,out=E_mat,out-W-ΔW，从材料内部出射的电子角度为：其中：电子在材料内部的能量为E_mat,out，与材料表面法向的夹角为θ_mat,out；步骤（六）、根据电子入射到材料内部的能量E_mat,in和角度θ_mat,in，采用理想表面的蒙特卡罗方法计算电子在材料内部散射的能量、角度及散射步长，并记录电子所处的位置，进入步骤（五）。