高速离子诱发二次电子发射的模拟研究

【摘要】： 离子诱发的二次电子发射是离子与固体相互作用过程中的一个非常重要的现象，它在粒子探测器等许多领域有重要的应用，在实验和理论工作上一直受到广泛的关注。对高速的复合入射粒子所诱发的电子发射的研究近年来尤为引人注意。复合的入射粒子，如He+离子(作为He2+和束缚电子入射)和H2+分子离子，其在固体中穿行时与靶原子之间会有强烈的电子交换过程，自己的电荷态会不断发生变化。当高速的H2+分子离子进入固体中时，它的运动行为比原子离子更为复杂，其能量损失大于单个H原子离子时的能损，而其所诱发的二次电子产额也不是单个原子离子所诱发电子产额的简单相加。 本文运用Monte-Carlo方法模拟入射的复合离子的电荷态在固体中变化的情况，研究复合离子诱发的电子发射过程，并与相关的实验结果做了比较。 本文的具体研究内容和结论如下： 1．在由He+轰击Al、Cu和C靶诱发电子发射的模拟研究中，发现束缚电子在背向二次电子发射过程起着重要的作用。束缚电子的存在使得He+、He2+和e-对总的背向电子产额的贡献随靶的种类和入射能量而有不同的变化。研究表明，在电子阻止本领最大值附近的电子发射的速度效应现象，主要是由于He+束缚电子的存在而导致的。对Cu等原子序数比较高的靶，速度效应不明显，对C、Be等原子序数比较低的靶，电子发射产额的速度效应比较显著。由于He+离子的电荷态是变化的，所以还研究了近程碰撞对总的背向电子发射产额的贡献比例，对C、Cu和Al其值分别是0.5、0.55和0.42。并仔细分析了高能δ电子对背向电子发射行为的影响，只有那些能量为几百个eV的δ电子对产额的贡献比例较大。 2．模拟研究了高速H2+离子轰击C 靶诱发的电子发射。H2+穿过了一定深度后，分裂成H++H+和e-，这三部分对背向电子产额有不同的贡献比例。计算得到的背向电子发射产额的分子效应R(Yb)在能量400keV到3000keV内从0.85增加到1.09。分子效应来源于H2+、H++H+和e-三者对电子发射产额有不同的贡献比例。前向与背向电子产额的比值，随能量增加而增加，随靶的厚度增加而下降。前向发射产额的分子效应R(Yf)，在给定的能量下随靶厚增加而下降。当入射能量大于3700keV时，对于给定的靶厚1000?，由于脱附电子的影响，前向的电子发射亦有分子效应出现，并且有R(Yf)1。 3．还结合半经验公式研究了高速的H2+离子诱发的电子发射与入射角的关系，主要分析了电子发射产额、发射统计性随入射角变化的情况。研究发现背向的电子发射产额不满足余弦关系，这是由于H2+上的价电子所引起的。斜入射时 WP=6 的前后向电子产额的比值与正入射时的情况不同。电子发射的统计分布与入射角没有关系，描述偏离Poisson的参数b值只与能量有关系，并随能量而增加。