[发明专利]一种快速确定规则槽二次电子产额的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速确定规则槽二次电子产额的方法，属于物理电子技术领域。

背景技术

材料的二次电子发射特性对真空电子器件的性能有着重要的影响。一方面，各类电子倍增管、扫描电子显微镜、俄歇电子能谱仪和其它各种电子表面分析仪器的核心原理都是利用了材料的二次电子发射过程。另一方面，二次电子倍增放电过程则是影响各类高功率微波真空器件、核聚变和加速器可靠性和寿命的重要因素。因此，准确的二次电子发射特性对各类真空器件的设计、评估和性能提高都有着重要意义。

由于材料表面状态对二次电子产额有着重要影响，特别是表面形貌。在加速器、高功率微波和射频器件中，已有不少研究者通过在表面制备一定形貌结构的方法抑制二次电子发射。美国国家加速器实验室(SLAC)的Wang.L和Pivi.M等人制备了具有规则形貌的矩形槽、等腰三角槽以及锯齿槽结构，并模拟并分析了金属二次电子产额的影响。清华大学和西北核物理研究所的刘国治院士及其课题组从模拟和实验两方面研究了周期性的三角槽和矩形槽结构在高功率微波源的介质窗中的作用。空间微波技术重点实验室课题组通过光刻也制备了圆孔、三角槽、矩形槽等规则结构用于微放电效应抑制。

目前对于规则槽二次电子产额的确定方法分为三大类：第一类是制作样品，通过实验测试；第二类是通过蒙特卡罗方法模拟二次电子与材料的相互作用过程，这种方法与电子的实际运动过程最接近，这种方法需要多次循环，一般至少需要10万次，才能给出可信的结果，因此模拟时间比较长；第三类并不涉及电子与材料表面的作用过程，采用唯像及轨迹追踪的方法统计出形貌以外的二次电子数目，从而计算出二次电子产额，这种方法虽然不涉及电子在材料内部的运动过程，但是也需要多次循环获得模拟结果，计算复杂。

现有方法采用唯像和轨迹追踪的方法获得二次电子产额，或采用蒙特卡洛的方法获得了二次电子产额，获得表面形貌下的二次电子产额复杂，速度慢。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种快速确定规则槽二次电子产额的方法，该方法将表面形貌对二次电子产额的影响划分成两个方面，一方面通过入射电子与表面作用的角度和入射电子能够照射的区域来影响产额大小，另一方面通过建立照射区域内形貌结构特征对出射电子的遮挡关系来反应产额的影响，最终通过与光滑表面产额的比拟快速获得表面形貌下的二次电子产额。

本发明解决的技术方案为：如图10所示，一种快速确定规则槽二次电子产额的方法，步骤如下：

(1)确定入射电子的能量E_p、入射角度θ_in和规则槽的尺寸参数，所述规则槽是指在在一个方向上能够无限延伸，在垂直无限延伸方向的横截面采用几何参数进行描述；定义三维坐标系O-XYZ，槽的无限延伸方向为z向，垂直无限延伸方向的平面为xy平面，槽的开口方向为y正向；规则槽的横截面由N条线段依次连接，从左到右每条线段的长度依次为：L₁,L₂,……,L_N，N为正整数，从左到右每条线段与x轴正方向的夹角为所述电子入射角度θ_in是电子的入射方向与y轴的夹角。

(2)电子以θ_in角度照射规则槽时，平行移动入射电子方向形成的射束，这些射束能够与规则槽横截面的线段相交，能够相交的线段依次设为P₁,P₂,……P_M，如果P_i(i＝1,2,…,M)平行于y轴，将P_i相交部分的左右端点向y轴投影，否则将P_i相交部分的左右端点向x轴投影，左右端点的投影位置为和则电子照射到P_i线段的范围为M为正整数；

(3)在电子能够照射到的规则槽内表面的范围中，从P_i线段的照射范围中选取任意一点从点向外出射的电子形成的射束中，定义这些射束与电子出射面的法向夹角为极角θ，这些射束向电子出射面投影，该投影与P_i线段的夹角为方位角从点出射的电子射束存在恰好与规则槽相交的临界电子射束，根据临界电子射束的位置，确定临界射束的极角和方位角的步骤如下：

(a)如果点出射的电子的临界电子射束位于电子出射面法线的一侧，那么，这些临界射束与电子出射面法向的夹角即极角，从左到右依次为和这些临界射束在电子出射面的投影与P_i线段的夹角即方位角，从左到右为和