Моделирование методом Монте-Карло процессов взаимодействия пучка электронов с твердым телом и возбуждения рентгеновского излучения

• Автор: Лебедь, Валерий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 189 c. : ил

Глава I. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ СРЕДНИХ ЭНЕРГИЙ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО И МЕТОДІ РАСЧЁТА ИНТЕНСИВНОСТИ ПЕРВИЧНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
1.1. Основная идея метода Монте-Карло и его применения для исследования поведения электронного пучка в твёрдом теле
1.2. Торможение электронов
1.3. Рассеяние электронов
1.4. Обратное рассеяние электронов
1.5. Методы расчёта интенсивности первичного характеристического и тормозного рентгеновского излучения
1.6. Задачи и направления исследований
Глава 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДЛЯ ИМИТАЦИИ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО
ПОВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В ТВЁРДОМ ТЕЛЕ.
2.1. Характеристика элементарных актов взаимодействия электрона с атомом
2.2. Схема последовательных столкновений
2.3. Программа для имитации на ЭВМ индивидуальных траекторий электронов
2.4. Расчёт функций распределения рентгеновского излучения по глубине объекта - У’(рх), ослабления электронного пучка - (рж), спектрального распределения обратнорассеянных электронов (ІЇЇ/ІЇМ
2.5. Обсуждение и корректировка модели
2.6. Оценка точности вычислений
2.7. Выводы
Глава 3. РАСЧЁТ ПРОБЕГОВ, ОБРАТНОГО И УГЛОВОГО РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ.
3.1. Расчёт пробегов электронов методом Монте-Карло
3.2. Угловое распределение и глубина диффузии электронного пучка
3.3. Обратное рассеяние электронов
3.4. Обратное рассеяние электронов при наклонном падении пучка '
3.5. Выводы
Глава 4. РАСЧЁТ СПЕКТРАЛЬНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ТРУБОК С АНОДОМ '’ПРОСТРЕЛЪНОГО" ТИПА.
4.1. Схема расчёта в случае многослойной мишени
4.2. Расчёт распределения интенсивности тормозного рентгеновского излучения по глубине тонкослойных мишеней
Заключение
Литература
Приложение I
Приложение
Акты о внедрении результатов работы
Примечание „

Актуальность темы. В основе развития ряда методов исследования свойств и состава твёрдого тела лежат эффекты, обусловленные взаимодействием пучка электронов с атомами мишени. Ведущее место среди них занимают электронно-зондовый и рентгеноспектральный методы анализа. Всё более широкое распространение получают также методы рентгенофотоэлектронной, растровой и Сйсе-электронной спектроскопии. В последнее время эти методы интенсивно используются для изучения поверхностных свойств твёрдых тел, свойств тонких плёнок в зависимости от их элементного состава и толщины, полупроводниковых структур и т.п. Данные объекты требуют для своего исследования дальнейшего развития указанных методов, потенциальные возможности которых не удаётся реализовать в полной мере из-за нерешённости ряда теоретических проблем в силу большой сложности описания поведения электронного пучка в объекте и особенно в тех случаях, когда объект является неоднородным по составу или гетерогенным.
Значительным шагом в развитии теории количественного анализа явилось использование методов Монте-Карло. Эти статистические методы позволяют имитировать на ЭВМ случайные процессы рассеяния и потерь энергии электроном в твёрдом теле и, тем самым, получать, практически, любую интересующую исследователя информацию, связанную как с самим электронным пучком, так и с различными сопровождающими эффектами. За последние пятнадцать-двадать лет, начиная с 1965 года, было создано много различных моделей, позволяющих изучать поведение электронного пучка в твёрдом теле. Однако, вскоре было обнаружено* что получаемые результаты содержат значительные погрешности, возникающие из-за неточности выражений для поперечных сечений процессов упругого

ГЛАВА
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДЛЯ ИМИТАЦИИ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО ПОВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В ТВЁРДОМ ТЕЛЕ
2.1. Характеристики элементарных актов взаимодействия электрона с атомом.
Пусть на мишень с атомным номером Ъ падает моноэнергети-ческий пучок электронов. Взаимодействия налетающих электронов с атомами мишени представляют сложный стохастический процесс -электрон может испытать упругое рассеяние на ядре атома, испустить квант тормозного излучения, потерять часть энергии вследствие неупругого взаимодействия с атомной оболочкой. Все эти процессы являются взаимосвязанными, вклад каждого из них определяется величиной соответствующего сечения.
Первая задача, возникающая при разработке модели, позволяющей имитировать с помощью ЭВМ индивидуальные траектории электронов, состоит в выявлении основных процессов, определяющих рассеяние и торможение электронов в диапазоне энергий 103-5»104 электрон-вольт. При этом следует искать разумный компромисс между простотой модели и её точностью.
Оценим отношение упругих сечений рассеяния электрона на ядре и на электронах атома. Поперечное сечение упругого рассеяния на ядре даётся формулой Резерфорда (1,15). Сечение
электрон-электронного рассеяния в первом приближении определяется выражением [14 2.]
* (2,1) Отношение сечений с учётом того, что у атома имеется Я электронов будет пропорционально I, т.е.
(Гу (в) /<ге (о)~1 . (2.2)