本文選題：俄歇電子能譜 + 蒙特卡洛模擬��； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：薄膜材料在現(xiàn)代材料技術(shù)中應(yīng)用廣泛。光學(xué)鍍膜技術(shù)中,經(jīng)常在特定的襯底上沉積一層薄膜,可以改善材料的物理化學(xué)性質(zhì)。許多工業(yè)和技術(shù)設(shè)備都需要覆蓋具有特定化學(xué)性質(zhì)的薄膜,薄膜材料具有許多獨特的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì),這些性質(zhì)和薄膜本身的制作工藝有關(guān),同時也與薄膜的厚度密切有關(guān)。因此,表征納米量級的薄膜厚度具有十分重要的研究意義。在眾多表面分析技術(shù)中,俄歇電子的采樣深度一般為納米級別,具有很高的表面靈敏度,適合材料表面定的性和定量分析,因此本文的主要研究目的是:整合當(dāng)前最新的電子與固體原子的散射理論,用蒙特卡洛方法模擬研究薄膜對襯底俄歇能譜的影響,并用襯底的俄歇峰強度來表征襯底材料上均勻薄膜的厚度,得出俄歇信號強度與薄膜厚度的一般關(guān)系式,并推導(dǎo)出相關(guān)的有效衰減長度。下面介紹文章的具體內(nèi)容。在第一章中,我們介紹了俄歇電子以及俄歇能譜應(yīng)用的基本原理,俄歇電子能譜技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到許多科學(xué)領(lǐng)域。然后介紹了薄膜襯底材料的電子能譜學(xué)實驗中幾個常用的物理量:非彈性散射平均自由程和有效衰減長度等。我們還介紹了電子與固體相互作用的散射理論在定量俄歇分析中應(yīng)用以及實驗中應(yīng)用俄歇譜測膜厚的方法。在第二章中,我們詳細(xì)介紹了電子與固體相互作用的彈性和非彈性散射理論,以及內(nèi)殼層激發(fā)和俄歇電子產(chǎn)生的原理。本文使用Mott截面描述電子彈性散射,Penn介電函數(shù)描述非彈性散射,Gryzinski理論描述內(nèi)殼層激發(fā)和電子弛豫過程。在第三章中,我們首先介紹了蒙特卡洛模擬方法在科學(xué)計算領(lǐng)域中的重要應(yīng)用,以及蒙特卡洛方法在處理電子輸運等復(fù)雜計和算量巨大的問題的優(yōu)勢所在。然后基于第二章中的散射理論,我們介紹了蒙特卡洛方法在模擬電子在固體中輸運的具體過程和詳細(xì)步驟,并給出了模擬程序的流程圖。第四章中,我們以Al薄膜Ag襯底(Al/Ag)和Ag薄膜Cu襯底(Ag/Cu)兩種薄膜襯底體系為例,利用蒙特卡洛方法模擬了電子在薄膜襯底材料中的產(chǎn)生和輸運,計算了襯底中俄歇電子信號強度隨著不同薄膜厚度的變化。模擬得到的電子能譜的能量范圍是從入射電子彈性峰到俄歇峰附近,能譜中包括了由電子激發(fā)引起的體等離子體損失峰。在彈性峰和俄歇峰的低能區(qū)域,出現(xiàn)了來自薄膜和襯底元素的等離子體損失峰。對模擬得到的俄歇電子能譜進(jìn)行背底扣除后,得到了俄歇峰強度與薄膜厚度的近似指數(shù)衰減關(guān)系。我們通過表征衰減曲線和有效衰減長度來討論薄膜厚度的測量。最后定義了一個具有兩個參數(shù)的衰減函數(shù),發(fā)現(xiàn)與程序模擬得到的數(shù)據(jù)點符合的很好,兩參數(shù)的衰減曲線可以作為膜厚測量標(biāo)定曲線。第五章中,對本文進(jìn)行了總結(jié),并對本文工作的合理擴展以及前景進(jìn)行了展望。
[Abstract]:Thin film materials are widely used in modern material technology. In optical coating technology, a thin film is often deposited on a specific substrate, which can improve the physical and chemical properties of materials. Many industrial and technical equipments need to cover the thin films with specific chemical properties. The thin film materials have many unique optical and electrical properties which are related to the fabrication process of the film itself and also to the thickness of the film. Therefore, it is of great significance to characterize the thickness of nanocrystalline films. Among many surface analysis techniques, the sampling depth of Auger electron is generally nanoscale, which has high surface sensitivity and is suitable for surface determination and quantitative analysis of materials. Therefore, the main purpose of this paper is to study the influence of thin films on the Auger spectra of substrates by Monte Carlo method, which is based on the latest theory of electron and solid atom scattering. The Auger peak intensity of the substrate is used to characterize the thickness of the uniform film on the substrate. The general relation between the Auger signal intensity and the thickness of the film is obtained, and the effective attenuation length is deduced. The following introduces the specific content of the article. In the first chapter, we introduce the basic principles of Auger electron and the application of Auger spectroscopy, which has been successfully applied to many scientific fields. Then several commonly used physical quantities in the electron energy spectroscopy experiments of thin film substrates, such as the average free path of inelastic scattering and the effective attenuation length, are introduced. We also introduce the application of the scattering theory of electron to solid interaction in quantitative Auger analysis and the method of measuring film thickness by Auger spectrum in experiments. In the second chapter, we introduce the elastic and inelastic scattering theory of the interaction between electrons and solids in detail, as well as the principles of excitation and Auger electron generation in the inner shell. In this paper, we use the Mott section to describe the electron elastic scattering Penn dielectric function to describe the inelastic scattering Gryzinski theory to describe the inner shell excitation and electron relaxation process. In the third chapter, we first introduce the important application of Monte Carlo simulation method in the field of scientific calculation, and the advantages of Monte Carlo method in dealing with the complex problems such as electronic transport and huge computational complexity. Then, based on the scattering theory in Chapter 2, we introduce the concrete process and detailed steps of Monte Carlo method in simulating electron transport in solids, and give the flow chart of the simulation program. In chapter 4, we simulate the generation and transport of electrons in Al thin film Ag substrate (Al/Ag) and Ag thin film Cu substrate (Ag / Cu) by Monte Carlo method. The variation of Auger electron signal intensity with different film thickness was calculated. The energy range of the simulated electron energy spectrum is from the elastic peak of the incident electron to near the Auger peak, and the energy spectrum includes the loss peak of the bulk plasma caused by the electron excitation. In the low energy region of elastic peak and Auger peak, the plasma loss peaks from thin films and substrate elements appear. The approximate exponential attenuation relationship between the Auger peak intensity and the thickness of the film is obtained by deducting the simulated Auger electron spectroscopy. We discuss the measurement of film thickness by characterizing the attenuation curve and effective attenuation length. Finally, a attenuation function with two parameters is defined. It is found that the attenuation curve of the two parameters is in good agreement with the data points obtained by the program simulation, and the attenuation curve of the two parameters can be used as the calibration curve of film thickness measurement. In the fifth chapter, this paper is summarized, and the reasonable expansion and prospect of this paper are prospected.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2

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本文編號：2080305