[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

权利要求书

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_T

P₃=P_exc,e=σ_exc,e/σ_T   P₄=P_dis=σ_dis/σ_T

P₅=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）。