电子在多层介质中的散射模型及Monte Carlo模拟计算方法

多层薄膜(包括一定衬底上的单层膜)X射线微区定量分析、电子束曝光技术中能量沉积的理论计算等是一类对大规模集成器件的研制和材料科学的发展具有重要意义的课题。上述研究均涉及如何描述keV电子在多层介质中散射过程。虽然不少学者提出了电子在厚块状样品中散射的物理模型,且在电子束显微分析中得到成功的应用,但电子在多层介质中散射的有关理论和计算方法则鲜见报道。     

一个改进的多层介质中电子散射模型——“等效单一介质散射”计算方法

作者提出的中能电子在多层固体介质中散射的物理模型及Monte carlo模拟计算方法,在薄膜背散射电子发射、多层薄膜X射线定量分析及电子束曝光能量沉积的理论计算等方面得到较好应用。该模型基于“等步数变步长”的概念,认为人射电子从一个介质散射进入另一介质时,在新介质中的散射次数等于总散射次数N减去已发生的散射次数n。由电子在固体中等步长散射模型得新介质(严格讲应是下一介质)中电子散射平均自由程     

低能电子在多元介质中散射Monte Carlo计算方法

在电子束显微分析、电子束曝光技术研究中,样品的X射线微区定量分析、薄膜厚度测定以及电子束曝光定量计算等一系列重要课题均涉及电子在多元介质中复杂散射模拟。应用Monte Carlo方法,电子的每一步散射,迄今所采用的方法均需随机抽样确定何元素原子为散射中心,再进一步计算散射步长、散射角及能量损失等。基于Rutherford-Bethe模型,一个具有N种元素介质,一次散射事件中,若ⅰ号元素原子发生散射的几率记为R表示(0,1)上均匀分布的随机数,则须由∑P_ⅰ<及≤∑_ⅰ(k=1,2,…,N)随机抽样确定k号元素原子为散射中心。因此,较之纯元素,多元介质中电子散射模拟复杂得多。特别是电子能量降至几个keV或更低时,电子的弹性散射需用量子力学分波法描述并用数值方法计算,计算过程就更加繁复。为此,本文提出一个低能电子在多元介质中散射Monte Carlo模拟计算方法。电子的弹性散射用Mott散射截面描述,提出平均散射截面的概念将多元介质等效为单一元素介质,从而摒弃传统的抽样确定散射中心方法,使电子散射模拟大为简化。电子非弹性散射基于电子能量损失连续减速近似,给出将多元介质中电子能量损失Bethe方程转换为具有平均原子序数、平均原子量的单一元素能量损失方程后再确定修正系数K的方法。应用本文方法,对不同能     

聚焦电子束诱导碳沉积实现纳米线表面可控修饰

作为一种典型的准一维纳米材料,纳米线具有纳米材料所特有的小尺寸效应或纳米曲率效应,经表面修饰的纳米线一般具有不同于普通纳米线的特殊性质.利用实验室发展成熟的透射电子显微镜原位辐照技术,以透射电子显微镜中残留的有机气体分子为前驱体,成功地在纳米线表面可控沉积了非晶碳纳米颗粒和碳纳米棒,以及局域凸起的非晶碳膜并形成局域肿大的同轴结构.实验结果表明,该方法能够方便地通过控制聚焦电子束的束斑尺寸、辐照方式、辐照时间以及辐照位置等参数,在纳米线表面精确可控地沉积各种非晶碳纳米结构,从而实现纳米线的表面可控修饰.对聚焦电子束辐照下基于纳米线的各种碳纳米结构的可能沉积机理作了进一步地探索,并针对透射电子显微镜中如何减少因电子束辐照诱导非晶碳沉积造成的样品污染提出了几点建议.     

聚焦电子束诱导SiO_x纳米线表面碳沉积的分形生长

电子束诱导沉积技术已被证实可以实现各种材料的分形生长,但是目前尚未发现聚焦电子束辐照下低维纳米结构表面未受辐照位置的分形生长现象,造成了聚焦电子束诱导分形生长机理研究的空白与片面性.以透射电子显微镜中残留的有机气体分子为前驱体,室温下利用高能聚焦电子束辐照,研究了一维非晶SiOx纳米线表面未受辐照位置碳沉积的分形生长.利用高分辨透射电子显微镜对SiOx纳米线表面非晶碳的沉积过程进行原位观察,发现了SiOx纳米线表面未受辐照位置非晶碳的不均匀沉积及分形生长,并捕捉到了碳沉积分形生长过程的细节.同时对聚焦电子束诱导SiOx纳米线表面未受辐照位置非晶碳的不均匀沉积及分形生长机理进行了深入的探索.     

多层介质中电子散射自由程及边界理论

用Monte Carlo方法模拟电子在固体中的散射过程是研究电子与固体相互作用的重要方法。在多层薄膜X射线微区定量分析、厚度测定以及电子束曝光定量分析等重要课题中均涉及电子穿越边界的处理(图1)。由于相邻介质间具有不同     

一个改进的低能电子散射Monte Carlo计算方法

低能电子在固体中散射理论和计算方法研究,为电子显微学和电子束曝光等领域的发展提供了基础。入射电子能量为几十个keV数量级时,基于Rutherford-Bethe理论的Monte Carlo模拟计算方法成功地解决了上述课题中的一系列难题。Rutherford-Bethe模型计算方便,容易拓展到多元、多层介质中复杂电子散射模拟。然而,当电子能量降至几个keV或更低时,由波恩近似导出的Rutherford散射截面和Bethe连续能量损失公式均不适用。我们用Monte Carlo直接模拟的方法描述电子在固体中发生的弹性散射和非弹性散射主要激发过程,使模拟计算能延续到较低能量范围。但该方法计算十分繁复,应用于多元组分介质计算量非常大。Kotera,Murata等采用Kanaya-Okayama方程计算低能电子非弹性散射能量损失,将Rutherford-Bethe模型拓展到低能范围。Kanaya-Okayama方程中有两个待定参数需在计算中调整确定,他们的计算方法未表明具有普适性。     

含氢类金刚石膜沉积过程的分子动力学模拟

含氢类金刚石膜(diamond-like carbon, DLC)的超低摩擦特性与其沉积制备过程密切相关. 采用分子动力学模拟的方法, 计算了以CH₃基团为沉积物, 在多种不同入射能下制备含氢DLC膜的动力学过程. 通过沉积原子数统计分析、薄膜密度和sp杂化分析考察了含氢DLC膜的结构特性. 通过比较模拟结果, 发现随着入射轰击能量的增加, 含氢类金刚石膜中碳的含量总体上呈现增加的趋势; 在含氢DLC膜中所沉积的氢原子数存在峰值, 峰值前后变化趋势相反, 大于80 eV以后趋于饱和与稳定, 薄膜相对密度也随之增加, 达到50 eV时趋于稳定值; 膜中碳原子比氢原子具有更强的成键能力, 易与基底发生化学吸附; 沉积源基团的氢含量决定生长成膜以后的薄膜氢含量, 沉积源基团中的氢含量高, 则所生长薄膜的氢含量高.     

黄土高原风尘沉积通量研究的一个实例

风是地球系统中大气子系统的一个基本因子,是地球系统质量和能量的全球性传输营力之一。新生代深海沉积物中风尘组分的粒度和通量记录了过去输送粉尘的大气环流的强度和风尘源区的干燥度。黄土高原风成黄土的形成亦即粉尘的产生、搬运、沉积和后生变化的过程完整地记录了较大空间尺度的风场的强度和气候状况。黄土这一风成粉尘的粒度分布指     

Monte Carlo方法计算薄膜中(基于一定衬底)背散射电子空间分布

入射电子、背散射电子在薄膜材料中的作用范围及密度分布是从事薄膜X射线显微分析(FXMA)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)工作的学者十分关心的课题。然而,这方面的理论计算结果至今未见报道。 电子束显微分析工作中,“薄膜”是指厚度小于电子透射深度的一类样品.若薄膜基于一定衬底上,这要涉及电子在多层介质中散射问题。本文用Monte Carlo方法计算了一定衬底薄膜中入射电子(IE)、背散射电子(BSE)空间分布及BSE能量分布,讨论了有关规律。     

磁控溅射沉积宽带减反膜

早在1938年,美国就研制成功了多层减反膜,稍后在欧洲也取得了成功。减反膜在光学薄膜生产中处于非常重要的地位:照像物镜、眼镜片、望远镜、显微镜、测距仪等,几乎所有的光学仪器都采用了减反膜。目前减反膜的制备在技术上已经成熟,尤其是借助电子计算机,多层减反膜的膜系也变得十分完美。减反膜在制备方法上先后采用了电阻加热蒸发和电子枪蒸发法等。然而随着大批量减反膜的需求,提出了在室温下,大面积沉积减反膜的要求。由于磁控溅射能得到性能很稳定的光学薄膜,而且在室温下能进行大面积沉积,因此近年来受到广泛重视。本文介绍采用磁控溅射沉积多层宽带减反膜,研究了溅射系统、厚度监控、沉积     

我国发现内潮汐沉积

近百年来海洋学对内波和内潮汐的研究取得了长足进展。特别是近30年来的海洋学调查表明,海洋中普遍存在内波和内潮汐作用,内波是一种水下波,它存在于两个不同密度的水层的界面上,或存在于具有密度梯度的水层之内,它的振幅、周期、传播速度和存在深度有很大变化。内波的一种非常重要的类型,是其周期等于半日潮或日潮者,叫做内潮汐。内潮汐和内波是海洋中重要的地质营力,对沉积物的搬运和沉积有重要影响,它必然会保留在沉积记录中。然而,沉积学研究没有及时吸收海洋学这一重要研究成果,更未将其应用于对古代沉积的研究中。直至1990年,高振中和Eriksson对美国阿巴拉契亚山脉芬卡斯尔地区奥陶系进行研究时,才在地层记录中鉴别出该类沉积,并首次使用“内潮汐沉积”（Interna-tide deposit）这一术语。在这里识别出了两种相类型:（Ⅰ）双向交错纹理极细砂岩相,被解释为内潮汐引起的沿海底水道上下交替流动的沉积产物;(Ⅱ）单向交错层和交错纹理中细砂岩相,被解释为     

核子-核子相互作用与双重子共振态

近年来在π介子阈能以上核子-核子散射数据中,一个引人注目的现象是在质心能量为2.1—2.45GeV的能区内,核子-核子极化散射总截面△σ_L和△σ_7中有几个宽度为几十兆电子伏的峰,它们被有些人认为是六夸克共振态(双重子共振态)存在的信号。本文以介子交换理论为基础,给出了同时适用于低能和中能的核子-核子相互作用模型,用Padè近似在     

铝和氧化铝表面的电子能量损失谱研究

低能电子能量损失谱是研究固体表面的一种重要实验方法。本文采用俄歇电子能谱仪的电子枪及能量分析系统,将一次电子束的能量     

沉积物磁组构与其动力沉积特征对应关系研究

现代不同沉积环境下沉积物磁组构参数量值对比表明 ,风成沉积的P ,F ,L值均明显低于水成沉积的相应值 ;在磁组构参数关系图上 ,风成沉积样品数据点集中分布于坐标原点附近的有限区域 ,指示沉积动力弱而稳定 ,水成沉积的多远离坐标原点 ,指示沉积动力较强 .现代不同沉积环境沉积动力特征的分析表明 ,沉积物磁组构参数P ,F ,L ,q的量值及变化受控于沉积动力类型及动力沉积特征 .沉积物磁组构测试是判断古沉积环境的有效方法.     

沉积物磁组构与其动力沉积特征对应关系研究

现代不同沉积环境下沉积物磁组构参数量值对比表明 ,风成沉积的P ,F ,L值均明显低于水成沉积的相应值 ;在磁组构参数关系图上 ,风成沉积样品数据点集中分布于坐标原点附近的有限区域 ,指示沉积动力弱而稳定 ,水成沉积的多远离坐标原点 ,指示沉积动力较强 .现代不同沉积环境沉积动力特征的分析表明 ,沉积物磁组构参数P ,F ,L ,q的量值及变化受控于沉积动力类型及动力沉积特征 .沉积物磁组构测试是判断古沉积环境的有效方法 .     

激光化学沉积

引言激光化学沉积是激光化学用于固体电子学研究的一种方法,将一定波长和功率的激光束聚焦在基片上,基片置于金属有机化合物或其他一些有机和无机化合物的气体中,使该气体分解出原子沉积在基片上,此法可用于半导体的局部掺杂、欧姆接触和光刻     

珠江广州河段重金属元素的高分辨沉积记录

通过对珠江广州河段沉积柱样的重金属元素及总有机碳(TOC)沉积通量研究,揭示了该段河床近百年来、特别是近30年来重金属污染物的沉积特征与变化．研究认为,污染物的沉积通量较沉积物含量更能记录污染历史变化;珠江广州河段重金属污染物可分为3组6个沉积历史阶段,其与本区经济发展和城市化历程具有较好的对应关系．     

一种新型电子束实时显示声频记录材料聚(戊烯-2-砜)的研究

本文初次报道用聚(戊烯-2-砜)加入敏化剂涂布成片可以作为一种很好的电子束实时显示声频记录材料,海洋声学是一门新兴的科学。为了获得更多更复杂的海水中的声频信息,使用传统的卤化银体系感光胶或一般的光刻胶,以及热塑材料、液晶等技术有一定的困难。作者了解到聚烯烃砜受电子束辐射时能实时分解气化,其气化速度随烯烃结构不同而不同;它还与     

蛋白质与十二烷基硫酸钠相互作用的光散射偏振特性

在酸性缓冲溶液中, 蛋白质因带正电荷能与阴离子表面活性剂作用产生同步光散射(synchronous light scattering, SLS)信号增强. 以人血清白蛋白(HSA)和免疫球蛋白(IgG)与十二烷基硫酸钠(SDS)作用为例, 利用偏振同步光散射(polarized synchronous light scattering, PSLS)信号, 建立了同步光散射偏振度(P)区分上述两种相对分子量相差较大的蛋白质(HSA 66 kDa; IgG 150 kDa)与SDS作用的体系. 所获结论与动态光散射 (dynamic light scattering, DLS) 粒径分析的数据相一致.