本科毕业设计（论文）
题目 正弦波纹形貌金属表面
二次电子发射特性的数值仿真研究
Sine corrugated metal surface condary electron
emission characteristic of the numerical simulation rearch
作 者 姓 名 李 玉
专 业 名 称 电子信息工程
学 科 门 类 理 学
指 导 老 师 柳 钰
提交论文日期 二〇一四年五月
成绩等级评定
摘 要
入射电子诱发的金属二次电子发射现象在现代电子仪器、装置与器件中起着重要的作用，而电子与粗糙金属表面的复杂多次相互作用会影响二次电子发射特性，对此，目前仍缺乏准确可靠的数值仿真分析，对粗糙金属表面的二次电子发射过程及相关特性也缺乏足够的了解。
本文建立了综合考虑电子在金属中的散射、二次电子的激发、电子向表面的迁移直至从表面逃逸、出射电子与粗糙表面多次相互作用等过程的数值计算模型，在此模型的基础上，基于正弦波纹的粗糙表面，对金属材料的二次电子发射产额、能谱和角度分布随表面形貌参数变化的规律进行了数值模拟分析。计算表明：正弦表面的二次电子发射产额随半宽振幅比增大是先增大后减小，顶部入射时接近理想平面的产额。同时发现，复杂形貌表面对二次电子产额的影响可能产生抑制或者增大两种截然相反的效果，则在表面加工过程中需
要控制形貌结构参数来达到对二次电子产额的增强或抑制要求，为其寻找增强或抑制二次电子发射方案提供了指导性判据。
本文的研究工作及其结果对于丰富复杂表面条件下的金属二次电子发射理论，提高各种涉及金属二次电子发射的表面成像与分析仪器、加速器、微波器件的性能，具有科学意义和应用价值。
关键词：二次电子发射；金属；正弦波纹形貌；数值仿真
Abstract
The phenomenon of condary electron emission (SEE) from metal under electron bombardment has important value in the application of many modern electronic devices. SEE characteristics are affected by the interaction between condary electrons(SEs)and surfaces with complex topography. However, there still lacks an accurate and reliable numerical simulation analysis for the SEE from the complex surfaces, as well as the knowledge of the related microscopic mechanism.
This paper established a comprehensive consideration in metal electron scattering, condary electron excitation, electronic migration to the surface to escape from the surface, the interaction between electron and rough surface many times such as numerical calculation model of process, on the basis of this model, bad on sine corrugated rough surface, the condary electron emission yield of metal material, energy and Angle distribution with the rule of surface topography parameters are simulated analysis. Calculation showed that the sinusoidal surface of condary electron emission yield increas with half wide amplitude ratio is incread after the first decreas, and the top yield clo to ideal plane from the entrance. Also found that the complex surface topography influence on condary electric quantum yield increas that may inhibit or two opposite effects, the need to control in the process of machining surface morphology structure parameters to achieve the condary electric quantum yield to enhance or inhibit requirements, enhance or inhibit the condary electron emission for its scheme provides a guiding criterion.
Finally, this work and obtained results are helpful for the further SEE study of complicated
metal surfaces and corresponding microscopic mechanisms, and therefore can be referred for practical efforts of SEY suppression .
Key words: Secondary electron emission；Metal；Rough surface morphology；Numerical simulation
第一章 引言.......................................................
1.1二次电子发射效应..............................................
1.1.1二次电子发射现象..........................................
1.1.2产生原因..................................................
1.2粗糙表面二次电子发射研究简介..................................
1.3抑制二次电子发射的研究........................................
第二章 金属二次电子发射理论和数值模拟.............................
2.2电子散射理论..................................................
2.2.1弹性散射..................................................
2.2.2非弹性散射................................................
2.3 Monte Carlo数值模拟...........................................
2.3.1 Monte Carlo方法简介.......................................
2.3.2 Monte Carlo方法原理.....................................
第三章 粗糙金属表面的数值模拟.........................
3.1二次电子与金属表面多次相互作用建模..............................
3.2多次相互作用的物理机制.........................................
3.3多次相互作用的数值模拟.........................................
3.3.1正弦波纹表面形貌中多次相互作用模型的构造..................
3.3.2多次相互作用模型中的求交算法..............................
3.3.3多次相互作用模型中终止条件的确认..........................
3.4正弦波纹表面的二次电子发射特性模拟环境.........................
3.5正弦波纹表面的二次电子发射特性模拟.............................
第四章 正弦波纹表面二次电子产额的结果........................
结论................................................................
参考文献............................................................
致谢................................................................................................................................
第一章 引 言
1.1 二次电子发射效应
当具有一定能量或速度的电子（或离子）轰击金属表面时，会引起电子（或离子）从被轰击的金属表面发射出来，这种现象称为二次电子发射（也称次级电子发射）。
1.1.1二次电子的发射现象
在著名的赫兹（Heinrich Rudolf Herta,1857-1894）光电效应实验中，金属在特定频率的光的照射下会发射出光电子。与此类似，物质在高能电子的撞击作用下也会发射出内部的电子，这就是电子的“二次发射”效应。此效应有着广泛的应用。例如美国科学家戴维森(C.J.Davisson)曾在1921年试图利用此效应来验证物质波理论[70]。
入射电子撞击材料诱发的二次电子发射现象在现代电子仪器与器件，如电子倍增管、扫描电镜、俄歇电子能谱仪中有着重要的应用。二次电子发射效应同时也会影响一些带电粒子束装置和电子物理器件的性能[1-3]。例如，在各类加速器、大功率微波器件、空间微波器件乃至太赫兹器件中，就用的是电子倍增管。电子倍增管放电通常会降低相关装置和器件的性能和工作稳定性。
早在1899年，坎贝尔（Campbell）就发现了二次电子发射现象适用于各种电子发射体的研
究，进一步了解了各类电子物理装置与器件和表面成像和分析技术的发展，有着重要的意义【5】。
1.1.2产生原因
金属二次电子发射是一个涉及到电子与金属固体相互作用众多机制的复杂过程。入射电子的能量、方向都会影响二次电子发射特性，同时，二次电子中包含了有关金属材料性质的丰富信息，这意味着二次电子的发射过程与金属材料的各种物理、化学性质密切相关。因此，为掌握金属二次电子发射规律，需要深入系统地研究与其相关的各种微观机制并总结相应的宏观规律。
