本發(fā)明涉及一種快速確定規(guī)則槽二次電子產(chǎn)額的方法，屬于物理電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
材料的二次電子發(fā)射特性對(duì)真空電子器件的性能有著重要的影響。一方面，各類(lèi)電子倍增管、掃描電子顯微鏡、俄歇電子能譜儀和其它各種電子表面分析儀器的核心原理都是利用了材料的二次電子發(fā)射過(guò)程。另一方面，二次電子倍增放電過(guò)程則是影響各類(lèi)高功率微波真空器件、核聚變和加速器可靠性和壽命的重要因素。因此，準(zhǔn)確的二次電子發(fā)射特性對(duì)各類(lèi)真空器件的設(shè)計(jì)、評(píng)估和性能提高都有著重要意義。由于材料表面狀態(tài)對(duì)二次電子產(chǎn)額有著重要影響，特別是表面形貌。在加速器、高功率微波和射頻器件中，已有不少研究者通過(guò)在表面制備一定形貌結(jié)構(gòu)的方法抑制二次電子發(fā)射。美國(guó)國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室(SLAC)的Wang.L和Pivi.M等人制備了具有規(guī)則形貌的矩形槽、等腰三角槽以及鋸齒槽結(jié)構(gòu)，并模擬并分析了金屬二次電子產(chǎn)額的影響。清華大學(xué)和西北核物理研究所的劉國(guó)治院士及其課題組從模擬和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了周期性的三角槽和矩形槽結(jié)構(gòu)在高功率微波源的介質(zhì)窗中的作用?？臻g微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組通過(guò)光刻也制備了圓孔、三角槽、矩形槽等規(guī)則結(jié)構(gòu)用于微放電效應(yīng)抑制。目前對(duì)于規(guī)則槽二次電子產(chǎn)額的確定方法分為三大類(lèi)：第一類(lèi)是制作樣品，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試；第二類(lèi)是通過(guò)蒙特卡羅方法模擬二次電子與材料的相互作用過(guò)程，這種方法與電子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程最接近，這種方法需要多次循環(huán)，一般至少需要10萬(wàn)次，才能給出可信的結(jié)果，因此模擬時(shí)間比較長(zhǎng)；第三類(lèi)并不涉及電子與材料表面的作用過(guò)程，采用唯像及軌跡追蹤的方法統(tǒng)計(jì)出形貌以外的二次電子數(shù)目，從而計(jì)算出二次電子產(chǎn)額，這種方法雖然不涉及電子在材料內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，但是也需要多次循環(huán)獲得模擬結(jié)果，計(jì)算復(fù)雜?，F(xiàn)有方法采用唯像和軌跡追蹤的方法獲得二次電子產(chǎn)額，或采用蒙特卡洛的方法獲得了二次電子產(chǎn)額，獲得表面形貌下的二次電子產(chǎn)額復(fù)雜，速度慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種快速確定規(guī)則槽二次電子產(chǎn)額的方法，該方法將表面形貌對(duì)二次電子產(chǎn)額的影響劃分成兩個(gè)方面，一方面通過(guò)入射電子與表面作用的角度和入射電子能夠照射的區(qū)域來(lái)影響產(chǎn)額大小，另一方面通過(guò)建立照射區(qū)域內(nèi)形貌結(jié)構(gòu)特征對(duì)出射電子的遮擋關(guān)系來(lái)反應(yīng)產(chǎn)額的影響，最終通過(guò)與光滑表面產(chǎn)額的比擬快速獲得表面形貌下的二次電子產(chǎn)額。本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：如圖10所示，一種快速確定規(guī)則槽二次電子產(chǎn)額的方法，步驟如下：(1)確定入射電子的能量Ep、入射角度θin和規(guī)則槽的尺寸參數(shù)，所述規(guī)則槽是指在在一個(gè)方向上能夠無(wú)限延伸，在垂直無(wú)限延伸方向的橫截面采用幾何參數(shù)進(jìn)行描述；定義三維坐標(biāo)系O-XYZ，槽的無(wú)限延伸方向?yàn)閦向，垂直無(wú)限延伸方向的平面為xy平面，槽的開(kāi)口方向?yàn)閥正向；規(guī)則槽的橫截面由N條線段依次連接，從左到右每條線段的長(zhǎng)度依次為：L1,L2,……,LN，N為正整數(shù)，從左到右每條線段與x軸正方向的夾角為所述電子入射角度θin是電子的入射方向與y軸的夾角。(2)電子以θin角度照射規(guī)則槽時(shí)，平行移動(dòng)入射電子方向形成的射束，這些射束能夠與規(guī)則槽橫截面的線段相交，能夠相交的線段依次設(shè)為P1,P2,……PM，如果Pi(i＝1,2,…,M)平行于y軸，將Pi相交部分的左右端點(diǎn)向y軸投影，否則將Pi相交部分的左右端點(diǎn)向x軸投影，左右端點(diǎn)的投影位置為和則電子照射到Pi線段的范圍為M為正整數(shù)；(3)在電子能夠照射到的規(guī)則槽內(nèi)表面的范圍中，從Pi線段的照射范圍中選取任意一點(diǎn)從點(diǎn)向外出射的電子形成的射束中，定義這些射束與電子出射面的法向夾角為極角θ，這些射束向電子出射面投影，該投影與Pi線段的夾角為方位角從點(diǎn)出射的電子射束存在恰好與規(guī)則槽相交的臨界電子射束，根據(jù)臨界電子射束的位置，確定臨界射束的極角和方位角的步驟如下：(a)如果點(diǎn)出射的電子的臨界電子射束位于電子出射面法線的一側(cè)，那么，這些臨界射束與電子出射面法向的夾角即極角，從左到右依次為和這些臨界射束在電子出射面的投影與Pi線段的夾角即方位角，從左到右為和(b)如果點(diǎn)出射的電子的臨界電子射束位于電子出射面法線的兩側(cè)，那么，則法線左側(cè)臨界射束與電子出射面法向的夾角即極角為法線右側(cè)臨界射束與電子出射面法向的夾角即極角為法線左側(cè)臨界射束在電子出射面的投影與Pi線段的夾角即方位角，從左到右為和法線右側(cè)臨界射束在電子出射面的投影與Pi線段的夾角即方位角，從左到右為和(4)從步驟(2)中確定的相交線段P1,P2,……PM中，依次獲得Pi線段中電子照射范圍內(nèi)的任一點(diǎn)的二次電子產(chǎn)額如果對(duì)應(yīng)的出射電子射束位于電子出射面法線的一側(cè)，i＝1,2,…,M，那么采用如下公式計(jì)算式中，和為步驟(3)獲得的Pi線段中臨界電子射束出射的極角，和為步驟(3)獲得的Pi線段中臨界電子射束出射的方位角。如果對(duì)應(yīng)的出射電子射束位于電子出射面法線的兩側(cè)，那么采用如下公式計(jì)算：式中，和為步驟(3)獲得的Pi線段中臨界電子射束出射的極角，和為步驟(3)獲得的Pi線段中臨界電子射束出射的方位角。式中，δsc(θp_pi，Ep)為以能量Ep、角度θp_Pi入射到光滑平面的二次電子產(chǎn)額，式中，θp_Pi為入射電子與電子入射面法向的夾角，δs(Ep)為電子以能量Ep正入射光滑表面的二次電子產(chǎn)額，t1和t2為根據(jù)不同入射角度下的二次電子產(chǎn)額的擬合參數(shù)；(5)確定以能量Ep、角度θin入射單個(gè)規(guī)則槽的二次電子產(chǎn)額δns(θin,Ep)步驟(1)所述的規(guī)則槽可以是矩形槽、三角槽、梯形槽、鋸齒槽等。對(duì)于周期長(zhǎng)度為T(mén)，規(guī)則槽所占的寬度為Λ的周期性規(guī)則槽，該周期性規(guī)則槽的二次電子產(chǎn)額δ為：δ＝t·δns(θin,Ep)+(1-t)·δsc(θin,Ep)；式中，t為占空比，定義為規(guī)則槽所占的寬度與周期長(zhǎng)度的比例，t＝Λ/T。δns(θin,Ep)為步驟(5)獲得的單個(gè)規(guī)則槽的二次電子產(chǎn)額，δsc(θin,Ep)為以能量Ep、角度θin入射到光滑平面的二次電子產(chǎn)額。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明提出了一種快速確定規(guī)則槽二次電子產(chǎn)額的方法，該方法將表面形貌對(duì)二次電子產(chǎn)額的影響劃分成兩個(gè)方面，一方面通過(guò)入射電子與表面作用的角度和入射電子能夠照射的區(qū)域來(lái)影響產(chǎn)額大小，另一方面通過(guò)建立照射區(qū)域內(nèi)形貌結(jié)構(gòu)特征對(duì)出射電子的遮擋關(guān)系來(lái)反應(yīng)產(chǎn)額的影響，最終通過(guò)與光滑表面產(chǎn)額的比擬快速獲得表面形貌下的二次電子產(chǎn)額。(2)本發(fā)明提出了描述規(guī)則形貌對(duì)出射電子的遮擋作用的方法，定量的揭示出形貌特征對(duì)二次電子產(chǎn)額的影響規(guī)律；(3)本發(fā)明基于二次電子產(chǎn)額在空間的余弦分布特征，通過(guò)對(duì)比光滑平面的出射二次電子特性，建立了表面形貌對(duì)二次電子產(chǎn)額的遮擋關(guān)系，從而可以快速獲得不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的二次電子產(chǎn)額。本發(fā)明計(jì)算速度快，相對(duì)于蒙特卡羅方法和唯像及軌跡追蹤方法，速度至少提高1個(gè)數(shù)量級(jí)。(4)本發(fā)明為人工設(shè)計(jì)并調(diào)控特定二次電子產(chǎn)額下表面結(jié)構(gòu)參數(shù)提供了有效方法，通過(guò)設(shè)計(jì)表面結(jié)構(gòu)抑制二次電子倍增效應(yīng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到加速器、高功率微波源的介質(zhì)窗、大功率微波部件中，具有廣闊的應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明電子束垂直入射矩形槽示意圖；圖2為本發(fā)明矩形槽內(nèi)出射電子束的極角和方位角的定義示意圖；圖3為本發(fā)明方法計(jì)算的電子垂直入射周期性矩形槽的二次電子產(chǎn)額與實(shí)驗(yàn)結(jié)果、仿真結(jié)果的對(duì)比，該矩形槽的參數(shù)為：槽深H＝10μm，槽寬W＝20μm，槽壁寬L＝70μm；圖4為本發(fā)明電子束垂直入射三角槽示意圖；圖5為本發(fā)明方法計(jì)算的電子垂直入射等腰三角槽的二次電子產(chǎn)額與仿真結(jié)果的對(duì)比，該等腰三角槽的參數(shù)為：半張角45度；圖6為本發(fā)明方法計(jì)算的能量Ep＝1000eV的電子以60°從右側(cè)入射銅材料鋸齒槽的示意圖，該槽的參數(shù)為：左夾角α＝30°，槽深H＝10μm；圖7為本發(fā)明方法計(jì)算的電子照射到鋸齒槽的照射范圍；圖8為本發(fā)明方法計(jì)算的能量Ep＝1000eV電子垂直入射到銅材料等腰梯形槽，該槽的參數(shù)為：下底面長(zhǎng)度L＝30μm，高度H＝10μm，側(cè)壁與下底面夾角α＝π/4；圖9為本發(fā)明方法計(jì)算的等腰梯形臨界射束的極角和方位角；圖10為本發(fā)明的流程圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的基本思路為：一種快速確定規(guī)則槽二次電子產(chǎn)額的方法，本發(fā)明將表面形貌對(duì)二次電子產(chǎn)額的影響劃分成兩個(gè)方面，一方面通過(guò)入射電子與表面作用的角度和入射電子能夠照射的區(qū)域來(lái)影響產(chǎn)額大小，另一方面通過(guò)建立照射區(qū)域內(nèi)形貌結(jié)構(gòu)特征對(duì)出射電子的遮擋關(guān)系來(lái)反應(yīng)產(chǎn)額的影響，最終通過(guò)與光滑表面產(chǎn)額的比擬快速獲得表面形貌下的二次電子產(chǎn)額。本發(fā)明計(jì)算速度快，獲得的二次電子發(fā)射產(chǎn)額與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，可以定量的揭示出形貌特征對(duì)二次電子產(chǎn)額的影響規(guī)律，為加速器、高功率微波源的介質(zhì)窗、大功率微波部件等領(lǐng)域中人工設(shè)計(jì)并調(diào)控特定二次電子產(chǎn)額下表面結(jié)構(gòu)參數(shù)提供了有效方法。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一能量Ep＝300eV電子垂直入射(θin＝0)銅表面刻蝕周期性矩形槽(槽深H＝10μm，槽寬W＝20μm，槽壁寬L＝70μm)，300eV電子正入射到銅材料光滑平面的二次電子產(chǎn)額δs(Ep)＝δs(300eV)＝1.11277；選取坐標(biāo)軸原點(diǎn)在矩形槽底中心位置，按照權(quán)利要求書(shū)1步驟(1)的坐標(biāo)軸定義，如圖1所示。(1)矩形槽在xy平面內(nèi)的橫截面由3條線段依次連接，從左到右的3條線段及長(zhǎng)度依次為：槽的左側(cè)壁L1＝H＝10μm，槽底L2＝W＝20μm，槽的右側(cè)壁L3＝H＝10μm，從左到右每條線段與x軸正方向的夾角為(2)電子垂直入射(θin＝0)，能夠與規(guī)則槽橫截面相交的只有矩形槽底，令槽底所在的線段為P1，該線段不與y平行，因此，向x軸投影，P1左右端點(diǎn)的投影位置為則電子照射到P1線段的范圍為[-10μm,10μm]；(3)從矩形底邊[-10μm,10μm]范圍出射的電子束，電子的出射面即為矩形槽底，定義的出射電子束的極角和方位角如圖2所示。出射的電子可以位于矩形槽槽底法線(即y軸方向)的兩側(cè)，那么，法線左側(cè)臨界射束的極角為法線右側(cè)臨界射束的極角為法線左側(cè)臨界射束的方位角為和法線右側(cè)臨界射束的方位角為和(4)矩形槽底P1中電子照射范圍[-10μm,10μm]內(nèi)的任一點(diǎn)的二次電子產(chǎn)額公式如下：由于入射電子與電子入射面法向的夾角θp_Pi＝0，以能量Ep＝300eV、角度θp_Pi＝0入射到光滑平面的二次電子產(chǎn)額δsc(0,300eV)＝δs(300eV)＝1.11277。第一類(lèi)完全橢圓函數(shù)(5)單個(gè)矩形槽的二次電子產(chǎn)額δns(0,300eV)(6)周期性矩形槽的占空比t＝2/9，周期矩形槽的二次電子產(chǎn)額改變?nèi)肷潆娮拥哪芰縀p，根據(jù)本發(fā)明的方法可以得到不同入射能量下電子垂直入射該周期性矩形槽的二次電子產(chǎn)額，得到的結(jié)果如圖3所示。圖3中還給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及蒙特卡羅仿真的結(jié)果，可以看出，本發(fā)明提出的方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。實(shí)施例二能量Ep＝300eV電子垂直入射(θin＝0)銅表面刻蝕等腰三角槽(槽深H＝10μm，半張角α＝π/4)，300eV電子正入射到銅材料光滑平面的二次電子產(chǎn)額δs(Ep)＝δs(300eV)＝1.11277選取坐標(biāo)軸原點(diǎn)在等腰三角槽底中心位置，如圖4所示。(1)等腰三角槽在xy平面內(nèi)的橫截面由2條線段依次連接，從左到右的2條線段及長(zhǎng)度依次為：槽的左側(cè)壁槽的右側(cè)壁從左到右每條線段與x軸正方向的夾角為(2)電子垂直入射(θin＝0)，能夠與入射電子束相交的線段有三角槽的左側(cè)壁和右側(cè)壁，令左側(cè)壁所在的線段為P1，右側(cè)壁所在的線段為P2，這兩條線段均不與y軸平行，P1和P2向x軸投影，P1左右端點(diǎn)的投影位置為P2左右端點(diǎn)的投影位置為則電子照射到P1線段的范圍為[-10μm,0μm]，電子照射到P2線段的范圍為[0μm,10μm]；(3)從三角槽P1[-10μm,0μm]范圍出射的電子束可以位于出射面(三角槽的左側(cè)面)法線的兩側(cè)，則法線左側(cè)臨界射束的極角為法線右側(cè)臨界射束的極角為法線左側(cè)臨界射束的方位角為和法線右側(cè)臨界射束的方位角為和由于等腰三角槽左右側(cè)壁對(duì)稱(chēng)，因此，右側(cè)壁的情況與左側(cè)壁相同，我們以左側(cè)壁為例。(4)三角槽P1中電子照射范圍[-10μm,0μm]內(nèi)的任一點(diǎn)的二次電子產(chǎn)額公式如下：由于入射電子與電子入射面法向的夾角θp_Pi＝0，以能量Ep＝300eV、角度θp_Pi＝0入射到光滑平面的二次電子產(chǎn)額δsc(0,300eV)＝δs(300eV)＝1.11277。(5)單個(gè)等腰三角槽的二次電子產(chǎn)額δns(0,300eV)改變?nèi)肷潆娮拥哪芰縀p，根據(jù)本發(fā)明的方法可以得到不同入射能量下電子垂直入射該三角槽的二次電子產(chǎn)額，得到的結(jié)果如圖5所示。圖5中還給出了蒙特卡羅仿真的結(jié)果，可以看出，本發(fā)明提出的方法與仿真結(jié)果吻合。實(shí)施例三能量Ep＝1000eV電子以60°從右側(cè)入射銅材料鋸齒槽(槽的左夾角α＝30°，槽深H＝10μm)，300eV電子正入射到銅材料光滑平面的二次電子產(chǎn)額為δs(1000eV)選取坐標(biāo)軸原點(diǎn)及按照步驟1步驟(1)的定義，如圖6所示。(1)鋸齒槽在xy平面內(nèi)的橫截面由2條線段依次連接，從左到右的2條線段及長(zhǎng)度依次為：槽的左側(cè)壁L1＝H/cosα，槽的右側(cè)壁L2＝H，從左到右每條線段與x軸正方向的夾角為(2)電子以θin＝π/3從右側(cè)入射，能夠照射到的位置只能在鋸齒槽的左側(cè)壁，令電子照射到鋸齒槽的左側(cè)壁的線段為P1，P1為圖7所示的AD線段的部分，該線段不與y軸平行，P1向x軸投影，其左右端點(diǎn)分別為A’和D’，根據(jù)鋸齒槽及入射角度，可以得到A’C和D’C的長(zhǎng)度，即為則電子照射到P1線段的范圍為[-H·tanα,-Hcos2α]；(3)從鋸齒槽的左側(cè)壁[-H·tanα,-Hcos2α]范圍出射的電子束，存在于出射面法線兩側(cè)，則法線左側(cè)臨界射束的極角為法線右側(cè)臨界射束的極角為法線左側(cè)臨界射束的方位角為和法線右側(cè)臨界射束的方位角為和(4)鋸齒槽P1中電子照射范圍[-H·tanα,-Hcos2α]內(nèi)的任一點(diǎn)的二次電子產(chǎn)額公式如下：以能量1000eV、角度π/3入射到銅材料光滑平面的二次電子產(chǎn)額δsc(π/3,1000eV)為：對(duì)于銅材料，δs(1000eV)＝1.00778，t1＝0.862和t2＝0.978。δsc(π/3,1000eV)＝1.435。(5)單個(gè)鋸齒槽的二次電子產(chǎn)額δns(π/3,1000eV)實(shí)施例四能量Ep＝1000eV電子以垂直入射到銅材料等腰梯形槽，選取坐標(biāo)軸原點(diǎn)及按照步驟1(1)的定義，如圖8所示，等腰梯形槽的下底面長(zhǎng)度L＝30μm，等腰梯形槽高度H＝10μm，等腰梯形槽側(cè)壁與下底面夾角α＝π/4。(1)等腰梯形槽在xy平面內(nèi)的橫截面由3條線段依次連接，從左到右的3條線段及長(zhǎng)度依次為：槽的左側(cè)壁L1＝H/sinα，槽的底面L1＝L，槽的右側(cè)壁L3＝H/sinα，從左到右每條線段與x軸正方向的夾角為(2)電子以θin＝0垂直入射，能夠照射到的位置只能在等腰梯形槽的底面，令電子照射到等腰梯形槽的底面的線段為P1，P1不與y軸平行，P1向x軸投影，其左右端點(diǎn)為則電子照射到P1線段的范圍為(3)從等腰梯形槽底面范圍出射的電子束，存在于出射面法線兩側(cè)，其極角和方位角的求解如圖9所示。則法線右側(cè)臨界射束的極角為法線左側(cè)臨界射束的極角求解方法與上述相同，為法線左側(cè)臨界射束的方位角為和法線右側(cè)臨界射束的方位角為和(4)等腰梯形槽P1中電子照射范圍內(nèi)的任一點(diǎn)的二次電子產(chǎn)額公式如下：(5)單個(gè)鋸齒槽的二次電子產(chǎn)額δns(0,1000eV)通過(guò)上述的具體實(shí)施方式可知，本發(fā)明提出的方法可以快速的確定規(guī)則槽的二次電子產(chǎn)額，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，可以看出，本發(fā)明提出的方法不僅速度快，而且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。