掃描電子顯微成像及彈性電子峰譜分析的Monte Carlo模擬研究.pdf

1、電子顯微和電子能譜分析技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，需要理論方面的研究支持。本文首先簡單介紹了掃描電子顯微鏡等相關探測技術的基本原理和發(fā)展趨勢，概述了相關的電子與固體相互作用的理論、Monte Carlo模擬計算方法在相關領域的應用。其次，概述了掃描電子顯微(SEM)和掃描俄歇電子顯微(SAM)成像模擬研究現狀，以及準彈性電子譜分析和SEM中荷電效應等的實驗和理論研究背景，闡明了現在存在的問題和亟待完成的工作。(第1章)
　　 電子

2、在固體中的輸運和散射過程是各種電子顯微和能譜分析技術的物理基礎。因此，對電子散射過程及相應截面的準確描述是電子與固體相互作用過程模擬的關鍵。通過仔細分析，對電子經歷的兩種散射過程給予了合理的描述：利用Mott的彈性散射截面處理電子的彈性散射過程和利用full-Penn的介電函數方法處理電子的非彈性散射過程。在模擬計算的具體實施中，合理的隨機抽樣方法和模擬步驟是必須的。我們在模擬程序中合理地處理了電子的彈性和非彈性散射、步長抽樣及修正、二

3、次電子級聯(lián)產生、俄歇電子產生和發(fā)射，界面修正等物理過程。并恰當地引入了兩種3D構件的構造模型：(1)實體結構幾何法與射線追蹤算法求散射步長結合的構造模型：(2)有限元三角形網格法近似構造任意復雜3D結構方法并結合空間分割求散射步長的構造模型。利用兩種構造模型可以構建出具有適當復雜的3D結構體系，結構單元中可填充真空、單元素、合金和化合物等組分。通過合理修正各種物理量(散射步長、能量、運動方向、透射幾率等)和使用高效MPI并行算法，使得此

4、模型可以實用于各種復雜樣品體系的SEM圖像等的模擬研究。(第2章)
　　 基于以上模型，本學位論文具體開展了以下幾個主要方面的研究工作：
　　 1、通過對納米級線寬的SEM成像模擬，建立起了模型構件與SEM圖像間的對應關系，系統(tǒng)地分析了各種樣品結構參數以及儀器因素對利用測長掃描電鏡進行納米級線寬測量的影響，闡明了電子束寬、與角度相關的幾何結構參數、粗糙度和荷電效應是線寬測量中最主要的影響。此研究將有助于提出相應的測量新算

5、法。(第3章)
　　 2、通過把電荷分布的流體動力學模擬與成熟的Monte Carlo模擬結合起來的方法，建立起了研究SEM中荷電效應的理論框架和模擬模型。另外，通過引入類似俄歇電子能譜定量分析中關于深度分布函數的定義，模擬研究了二次電子的激發(fā)深度分布函數和發(fā)射深度分布函數隨不同實驗條件的變化關系，這些分布函數可以用于定量地研究二次電子產生和發(fā)射等信息。(第4章)
　　 3、通過合理地引入俄歇電子的激發(fā)與發(fā)射過程，將SE

6、M圖像的MonteCarlo模擬方法擴展到對SAM圖像的模擬，這里我們使用的是更精確的Casnati的內殼層電離截面。通過對不同體系、不同實驗條件的Monte Carlo模擬研究，揭示了俄歇電子圖像襯度的形成機理，并分析了各種機制對圖像假象效應的影響。這些結果顯示，該模擬程序具有通用性，它是研究SAM成像襯度機制的一種有效的方法。(第5章)
　　 4、借助經典的二體碰撞理論處理準彈性散射能量損失，并通過引入原子的Maxwell-