多晶体二次电子的角度分布

 根据二次电子发射的主要物理过程,推导了内二次电子到达多晶表面并逸出的几率的角度分布、斜射入多晶的高能原电子产生的二次电子的角度分布和由背散射电子产生的二次电子的角度分布。同时,推导了高能原电子轰击多晶产生的二次电子的角度分布公式,该公式表明多晶的二次电子遵循余弦分布,且与原电子的入射角无关。分析结果表明: 在内二次电子最大逸出深度范围内,如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子数是常数, 则多晶的二次电子的角度分布遵循余弦分布;如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子数越来越少,则多晶的二次电子发射角度分布随出射角减少得比出射角的余弦值更慢;如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子越来越多,则多晶的二次电子发射角度分布随出射角减少得比出射角的余弦值更快。     

Numerical study on discharge characteristics influenced by secondary electron emission in capacitive RF argon glow discharges by fluid modeling

A one-dimensional(1D) fluid model of capacitive RF argon glow discharges between two parallel-plate electrodes at low pressure is employed. The influence of the secondary electron emission on the plasma characteristics in the discharges is investigated numerically by the model. The results show that as the secondary electron emission coefficient increases,the cycle-averaged electric field has almost no change; the cycle-averaged electron temperature in the bulk plasma almost does not change, but it increases in the two sheath regions; the cycle-averaged ionization rate, electron density, electron current density, ion current density, and total current density all increase. Also, the cycle-averaged secondary electron fluxes on the surfaces of the electrodes increase as the secondary electron emission coefficient increases. The evolutions of the electron flux, the secondary electron flux and the ion flux on the powered electrode increase as the secondary electron emission coefficient increases. The cycle-averaged electron pressure heating, electron Ohmic heating, electron heating, and ion heating in the two sheath regions increase as the secondary electron emission coefficient increases. The cycle-averaged electron energy loss increases with increasing secondary electron emission coefficient.     

三维PIC数值模拟中二次发射的实现

探讨了电子撞击金属表面产生二次电子的理论,介绍了二次电子发射系数、非弹性背散射电子能量分布等重要物理参数的计算式。根据相关的理论及公式,编写了三维PIC数值模拟程序的二次发射模块, 建立相应的数值模型进行模拟。模拟所得的二次电子发射系数及非弹性背散射电子的能量分布等主要参数与理论值一致,验证了模拟过程的正确性。     

高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台

介绍了一套高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台和介质材料二次电子产额脉冲测量方法。该平台配备有三层栅网结构的收集器和30 eV^30 keV宽能量范围的电子枪,可在10-8 Pa超高真空下测量介质材料的二次电子发射特性,并具备XPS能谱分析、加热和氩离子溅射清洗原位处理分析功能。给出了测得的金和氧化铝材料的二次电子电流脉冲,通过判断电流脉冲波形随时间以及照射次数的变化,获得了介质材料带电饱和时间及材料厚度对带电量的影响。     

金属的高能二次电子发射系数与入射能量和能量幂次的关系

 根据原电子射程表达式和金属的有效真二次电子发射系数表达式,推导出金属的高能有效真二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式;并根据金属的高能有效真二次电子发射系数与金属的高能二次电子发射系数的关系,推导出金属的高能二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式。用实验数据计算出高能原电子轰击在金或银上时原电子入射能量幂次n,采用实验数据证实高能二次电子发射系数与原电子入射能量和能量幂次三者的关系,对结果进行讨论并得出结论：当高能原电子轰击在同一块金属上时,高能二次电子发射系数与原电子入射能量的n-1次幂之积近似为一常数。     

高入射能量下的金属二次电子发射模型

基于高入射能量电子产生二次电子发射的物理过程, 分别对高入射能量电子产生的真二次电子和背散射电子的概率进行理论分析与建模. 利用Bethe能量损失模型和内二次电子逸出概率分布, 推导出高入射能量电子产生有效真二次电子发射的系数与入射能量的关系式; 根据高入射能量电子在材料内部被吸收的规律, 推导出高入射能量电子产生背散射电子的系数与入射能量之间的关系式. 结合两者得到高入射能量下金属的二次电子发射模型. 利用该模型计算得到典型金属材料Au, Ag, Cu, Al的二次电子发射系数, 理论计算结果与采用Casino软件模拟金属内部散射过程得到的数值模拟结果相符. 关键词： 二次电子发射 高入射能量 金属表面 散射过程     

霍尔推进器壁面材料二次电子发射及鞘层特性

霍尔推进器放电通道等离子体与壁面相互作用形成鞘层,不同壁面材料的二次电子发射对推进器鞘层特性具有重要影响,本文针对推进器壁面鞘层区域建立二维物理模型,研究了氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)和三氧化二铝(Al_2O_3)三种不同壁面材料的二次电子发射特性,在改进SiC材料二次电子发射模型的基础上,采用粒子模拟方法,讨论了壁面二次电子发射系数与电子温度和磁场强度的关系,研究了三种材料(BN,SiC和Al_2O_3)的鞘层特性,结果表明:修正的二次电子发射模型拟合曲线与实验曲线几乎一致;在相同电子温度下,三种材料(BN,SiC和Al_2O_3)的二次电子发射系数和壁面电子数密度依次增大,而鞘层电场和鞘层电势降依次减小,BN材料具有合适的二次电子发生射系数,使得霍尔推进器能在低电流下稳态工作。     

磁控溅射铂抑制镀银表面的二次电子发射

降低表面的二次电子产额是抑制微波部件二次电子倍增效应和提升功率阈值的有效途径之一,目前主要采用在表面构造陷阱结构和沉积非金属薄膜的方法降低二次电子产额,其缺点是会改变部件的电性能.针对此问题,采用在表面沉积高功函数且化学惰性的金属薄膜来降低二次电子产额.首先,采用磁控溅射方法在铝合金镀银样片表面沉积100 nm铂,测量结果显示沉积铂后样片的二次电子产额最大值由2.40降至1.77,降幅达26%.其次,用相关唯象模型对二次电子发射特性测量数据进行了拟合,获得了在40-1500 eV能量范围内能够准确描述样片二次电子产额特性的Vaughan模型参数,以及在0-50 eV能量范围内能够很好地拟合二次电子能谱曲线的Chung-Everhart模型参数.最后,将获得的实验数据和相关拟合参数用于Ku频段阻抗变换器的二次电子倍增效应功率阈值仿真研究,结果表明通过沉积铂可将部件的功率阈值由7500 W提升至36000 W,证实了所提方法的有效性.研究结果为金属材料二次电子发射特性的研究提供实验数据参考,对抑制大功率微波部件二次电子倍增效应具有参考价值.     

高能原电子能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系

 提出有效真二次电子发射系数的概念,并从理论上论述了高能原电子的能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系，然后用实验数据证明了该理论的正确性，最后对结果进行了讨论。得到了如下结论：不同入射能量的高能原电子轰击同一个金属发射体时， 它们的有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量之积近似为一个常量，有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量成反比。     

脉冲离子束作用下靶面次级电子的抑制

论述了离子束作用下固体表面次级电子产生的机制,介绍了特种真空器件中次级电子抑制的各种方法及其优缺点,提出了脉冲离子束作用下靶面次级电子抑制的自偏势法和曲面靶法等设计思路,并在实验上进行了初步验证。实验结果表明,自偏势电压大于80 V后,次级电子得到很好的抑制。在相同束流情况下,曲面靶较平面靶的次级电子产额少。利用实验结果进行估算得到了近似的次级电子产额约为0.67,比文献中的结果(0.58)偏大。对实验中自偏势法抑制反峰电子电流的效果进行了分析和讨论,结果表明:自偏势法不但能够有效抑制离子打靶产生的次级电子,还能抑制由功率源不稳定带来的入射反峰电子流。     

The role of the plasmon mechanism in the secondary electron emission in LiF

Energy distributions of secondary electrons emitted by LiF monocrystals were measured for various energies and angles of incidence of the primary electron beam. The analysis has shown the dominating role of the plasmon mechanism of secondary electron generation. On this base a simple model to calculate the secondary electron yield has been developed. This model made it possible to estimate the contribution of each mechanism of secondary electron generation to the total yield. Good agreement between experimental and calculated data was found. It has been also shown that in LiF the plasmon mechanism can produce up to 90 percent of the total number of escaped secondary electrons.     

Modelling of Secondary Electron Impact on the Self-Consistent RF Bulk Plasma Description

The impact of a secondary electron beam, generated at the electrodes and accelerated in the sheaths, on the self-consistent treatment of the electron behaviour in an rf bulk plasma has been investigated by a parametric study. Source of electrons in the plasma are collisional ionization and secondary electron injection. Electrons are lost by ambipolar diffusion to the electrodes of a parallel plate rf discharge configuration. The non-stationary Boltzmann equation is used to determine self-consistently the rf field amplitude necessary for maintaining the steady-state rf bulk plasma as well as the time resolved behaviour of the electron energy distribution function and of all contributions to the electron particle and power balance, at given source rate and energy distribution of secondary electron injection.     

Characteristics of secondary electron emission from few layer graphene on silicon (111) surface

As a typical two-dimensional (2D) coating material, graphene has been utilized to effectively reduce secondary electron emission from the surface. Nevertheless, the microscopic mechanism and the dominant factor of secondary electron emission suppression remain controversial. Since traditional models rely on the data of experimental bulk properties which are scarcely appropriate to the 2D coating situation, this paper presents the first-principles-based numerical calculations of the electron interaction and emission process for monolayer and multilayer graphene on silicon (111) substrate. By using the anisotropic energy loss for the coating graphene, the electron transport process can be described more realistically. The real physical electron interactions, including the elastic scattering of electron—nucleus, inelastic scattering of the electron—extranuclear electron, and electron—phonon effect, are considered and calculated by using the Monte Carlo method. The energy level transition theory-based first-principles method and the full Penn algorithm are used to calculate the energy loss function during the inelastic scattering. Variations of the energy loss function and interface electron density differences for 1 to 4 layer graphene coating GoSi are calculated, and their inner electron distributions and secondary electron emissions are analyzed. Simulation results demonstrate that the dominant factor of the inhibiting of secondary electron yield (SEY) of GoSi is to induce the deeper electrons in the internal scattering process. In contrast, a low surface potential barrier due to the positive deviation of electron density difference at monolayer GoSi interface in turn weakens the suppression of secondary electron emission of the graphene layer. Only when the graphene layer number is 3, does the contribution of surface work function to the secondary electron emission suppression appear to be slightly positive.     

绝缘体二次电子发射系数测量装置的研制

 成功研制了测量绝缘体二次电子发射系数的测量装置，该装置主要由栅控电子枪系统、真空系统和电子采集系统组成，测量装置产生的原电子流的能量范围为0.8~60 keV。采用单脉冲电子枪法，测量了原电子能量范围为0.8~45 keV的多晶MgO的二次电子发射系数。测量中，收集极(偏置盒)离材料表面设置为约35 mm，偏置电压设置为 45 V。测量得到：用磁控溅射法制备的MgO的二次电子发射系数最大值约为2.83，处于 2~26范围内，其对应的原电子能量约为980 eV。这表明该装置测量的绝缘体二次电子发射系数是可信的，但用磁控溅射法制备的MgO的二次电子发射系数较低，这可能是制备MgO时引入了过多的杂质在MgO二次电子发射体里面所引起的。     

二次电子分布函数对绝缘壁面稳态鞘层特性的影响

由于缺乏详细的理论计算和实验结果,在研究绝缘壁面稳态流体鞘层特性时,通常假设壁面出射的总二次电子服从单能分布(0)、半Maxwellian分布等.在单能电子轰击壁面的详细二次电子发射模型基础上,采用Monte Carlo方法统计发现:当入射电子服从Maxwellian分布时,绝缘壁面发射的总二次电子服从三温Maxwellian分布.进而,采用一维稳态流体鞘层模型进行对比研究,结果表明:二次电子分布函数对鞘边离子能量、壁面电势、电势及电子/离子密度分布等均具有明显影响;总二次电子服从三温Maxwellian分布时,临界空间电荷饱和鞘层无解,表明随着壁面总二次电子发射系数的增加,鞘层直接从经典鞘层结构过渡到反鞘层结构.     

Über das Verhalten von Langmuir-Sonden im negativen Glimmlicht einer Gleichstromgasentladung

The secondary electron emission influence on the Langmuir probe characteristics in the negative glow is studied. It is found that the ionic branch of the characteristics is essentially determined by the secondary electron emission.     

提高砷化镓二次电子发射系数的探讨

介绍了延长负电子亲和势二次电子发射材料砷化镓的逸出深度的设计,并给出了经过特殊设计的这种砷化镓的能级示意图,然后对通常的砷化镓和经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数的理论值进行了比较,得出:当原电子入射能量较低（小于10 keV）时,两种砷化镓的二次电子发射系数差值较小;当原电子入射能量较高（大于20 keV）时,经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数比普通砷化镓的二次电子发射系数大,而且随着原电子入射能量的升高,两种砷化镓的二次电子发射系数差值也在增大。     

金属二次电子发射系数表达式

根据二次电子发射的主要物理过程,推导出二次电子发射系数和单位背散射电子产生的内二次电子数与原电子产生的内二次电子数之比、原电子入射能量、参数、最大二次电子发射系数、背散射系数之间的关系式。根据实验结果,给出了2~10 keV比率的表达式。根据推导的关系式,用实验数据分别计算出6种金属的平均参数。发现6种金属的平均参数都近似为一个常数11.89(eV)0.5。根据推导的关系式和计算的参数,推导出以背散射系数、原电子入射能量和最大二次电子发射系数为变量的二次电子发射系数通式。用该通式计算出二次电子发射系数,并与相应的实验值进行了比较,最后成功地推导出金属2~10 keV的二次电子发射系数通式。     

提高光子能量沉积计算效率的几种技巧

MCNP程序提供了计算光子沉积能的两种方法, 分别是F6和*F8。 当次级电子射程与网格尺度比较接近时, *F8的精度比F6高, 但计算效率比F6低很多。 分析比较了几种提高计算效率的技巧, 分别是: 网格大于10倍电子射程用F6; F6与*F8的联合使用; 改变电子能量子步数; 关掉δ电子; 次级电子自适应截断等。 数值模拟表明, F6与*F8的联合使用以及次级电子自适应截断这两种技巧对精度与效率兼顾得很好。 F6 and *F8 are two methods to calculate energy deposition of photon by MCNP program. If the dimension of grid is almost the same long as the range of secondary electron, the precision of *F8 is higher than that of F6, but the efficiency of F6 is greatly higher than that of *F8. This paper presents five techniques to increase the efficiency,namely: F6 is use to the model with grid dimension bigger than 10 ranges of secondary electron; combination of F6 and *F8; change the substeps of electron; turn off knock on electron; self adaption cutoff secondary electron. The two techniques, combination of F6 and *F8,self adaption cutoff secondary electron, can provide a good precision and efficiency.     

基于微陷阱结构的金属二次电子发射系数抑制研究

近年来,金属二次电子发射系数的抑制研究在加速器、大功率微波器件等领域得到了广泛关注.为评估表面形貌对抑制效果的影响,利用唯象概率模型计算方法对三角形沟槽、矩形沟槽、方孔及圆孔4种不同形状微陷阱结构的二次电子发射系数进行了研究,分析了微陷阱结构的形状、尺寸对二次电子发射系数抑制特性的影响规律.理论研究结果表明:陷阱结构的深宽比、孔隙率越大,则其二次电子发射系数抑制特性越明显;方孔形和圆孔形微陷阱结构的二次电子发射系数抑制效果优于三角形沟槽和矩形沟槽;具有大孔隙率的微陷阱结构表面的二次电子发射系数对入射角度的依赖显著弱于平滑表面.制备了具有不同表面形貌的金属样片并进行二次电子发射系数测试,所得实验规律与理论模拟规律符合较好.