科研方向

现阶段主要利用Monte Carlo方法模拟SEM成像中无规表面和结构对二次电子和背散 射电子发射的影响。

扫描电子显微镜对于研究材料的表面形貌非常重要。低能二次电子主要反映试样的 表面形貌特征，而较高能量的背散射电子既可在一定程度上反映试样的表面特征， 也可表征试样的内部成分和结构差异。采用Monte Carlo计算模拟方法可以研究电 子在有几何边界的试样表面附近及内部的相互作用过程，从而得到二次电子和背散 射电子信号的各种分布，这将有助于理解扫描电子显微镜的成像机制和图像衬度机 理。

Monte Carlo方法是一种通过产生一系列的随机数来模拟物理过程的计算模拟方 法，此方法特别适用于基于统计力学和量子力学等领域内的复杂问题。在电子显微 学中，它可用来有效地模拟电子在试样内部和表面附近的散射和输运过程，从而得 到二次电子和背散射电子的信号。

电子散射分为弹性散射和非弹性散射两种，其中弹性散射的角分布等可以用Mott截 面来求得。描述电子非弹性散射的若干基本物理量，如微分散射截面、平均自由程 和阻止本领等可以由固体的介电函数求出，依存于波矢的体介电函数由光学常数的 实验值得到。

对二次电子和背散射电子的模拟研究一般仅仅局限于模拟半无限大均匀试样，对有 特殊几何边界条件的样品来说，需要在模拟算法上进行改进。我们利用基本几何 体，如球、四面体等（这些几何体中包含的可以是真空或不同种材料）构造试样表 面形貌和内部结构，利用射线与几何体的快速求交算法，判断电子运动与这些几何 体的关系。根据此算法，利用Monte Carlo步骤计算跟踪每个入射电子和被激发的 二次电子在每次散射时的散射角、方位角、能量损失以及步长等，模拟入射电子束 从试样的不同位置处激发的二次电子与背散射电子信号，从而得到对应于试样表面 形貌和内部结构的二次电子和背散射电子信号衬度。

Linux Cluster + PGF90;Digital Unix + F90；HP Unix + F90，IBM AIX+ ixf，以及学校的曙光2000）上顺利高效的运行。

我们已对Au等几种典型试样进行了模拟，研究了二次电子和背散射电子信号衬度与 表面形貌和内部结构的关系。

部分Au材料的结果(由IDL 批处理做 图)：

电子垂直入射到实心双球的二次电子的灰度图	电子垂直入射到实心双球的背散射电子灰度图
电子垂直入射到实心双四面体的二次电子的灰度图	电子垂直入射到斜圆柱的二次电子的灰度图