低能电子穿越玻璃直管时倾角依赖的输运动力学

采用900 e V能量的电子对直玻璃管进行了穿透实验,测量了玻璃管在倾角为–0.15°,–0.4°和–1.15°时充电过程角分布的时间演化,以及平衡态下出射电子能谱.发现穿透率随时间先下降后上升最后趋于平稳,下降的时间随倾角的增大而减小.当倾角为–0.4°和–1.15°时,电子穿透率下降到最低点时几乎看不到穿透电子(穿透率小于3‰),这种穿透率最低点状态保持时间随倾角增大而增大.穿透电子的角分布中心随着时间变化.在平稳状态时,发现穿透电子的能量损失随倾角增大而增大.采用蒙特卡罗方法模拟了电子经过管壁不同次数反射后的能谱,与测量能谱进行对比,发现–0.15°,–0.4°和–1.15°倾角下,穿透电子分别经历了管壁的一次、两次和三次与表面的反射过程.基于此,本文对电子穿越玻璃管的充电过程动力学给出了物理解释.实验结果和理论分析表明,在小倾角下玻璃管内能形成宏观负电荷累积,排斥后续电子形成反射,增加电子出射概率,这对应用绝缘体微结构,例如玻璃锥管产生稳定的电子微束具有重要的参考意义.     

低能电子在玻璃管中的稳定传输

分别对裸的直玻璃管和外壁与出入口两端面涂导电银胶的直玻璃管进行了低能电子穿透实验.穿透电子的倾角分布显示,穿透电子强度随倾角增大而减少,并且穿透倾角不会超过玻璃管的几何张角.还测量了玻璃管在倾角为-0.2°时的充电过程.对于裸玻璃管,在充电过程中,穿透率和角分布有显著的振荡现象.整体来看,穿透率随时间先下降后上升,最后在某个平均值附近振荡;角分布随穿透率变化同步变化,先向正角度移动再向负角度移动,最后在玻璃管的倾角附近振荡.对于涂导电胶的玻璃管,在充电过程中,穿透率和角分布稳定变化.穿透率随时间先下降后上升最后平稳,角分布随时间先向负角度移动再向正角度移动,最后在玻璃管倾角附近稳定.通过模拟电子与SiO₂材料的碰撞过程,提出了电子在裸玻璃管和涂导电胶玻璃管中的充电过程的物理图像.该物理图像能很好地解释电子在裸玻璃管和涂导电胶的玻璃管中充电过程的实验结果.最后,依据实验结果和物理图像给出了低能电子在玻璃毛细管中稳定输运的条件.     

Al_2O_3微孔膜对60keV O~+离子的“导向”效应

在不同入射角度条件下,研究了60keV的O+离子入射孔径分别为50nm和30nm,厚度为10μmAl2O3微孔膜的角分布.实验结果表明离子透射微孔膜时发生了导向效应,随着入射角度的增大,透射于孔径大的微孔膜离子计数下降比较快,透射于孔径小的微孔膜离子计数下降比较缓慢.建立了一个初步的理论模型,对以上现象给出了较好的解释.     

低能电子穿越玻璃直管和锥管动力学研究

我们通过实验测量1.5 keV电子穿越玻璃直管/锥管的二维角分布的时间演化,研究了低能电子与绝缘玻璃管相互作用的动力学过程.观察到了低能电子穿越玻璃直管和锥管后其强度随时间呈现振荡.穿透的强度出现振荡峰结构,在出现峰的地方,透射的电子最开始出现微弱的圆点,随后微弱的圆点变为较明显的亮点,此后亮点逐渐变大变亮,接着变暗,最后亮斑迅速消失,同时透射电子的角分布中心伴随移动.这种行为显示了低能电子在玻璃管内的充放电呈现振荡行为,当入射电荷累积足够大时,存在一个快速放电的通道,后迅速充电产生阻止电子穿越的电场.对比锥管后的角分布和直管的角分布,我们发现锥管的穿透电子束流密度比直管的大40%.锥管的充放电的时间比直管快,这显示了锥管更容易快速放电,其由于充电建立的电场也更容易影响传输的电子.电子在玻璃直管和锥管的快速充放电的动力学过程显示出电子的传输机制与高电荷态离子有很大不同,其快速充放电过程显示了带负电的电子与绝缘体材料相互作用中的充放电过程与带正电离子的不同.     

(12)~C+(64)~Ni反应中出射α粒子的机制和截面与入射能量的关系

实验研究了E_1=36.5 MeV至69.4 MeV八个入射能量下的~(12)C轰击~(64)Ni引起的核反应.使用△E-E半导体探测器,测量了反应中出射的α粒子的能谱和角分布.角分布随着入射能量的升高由擦边角成峰变成为前角成蜂,中间呈现过渡形态.入射能量较低时,截面随入射能量的升高而增加的速率较慢,能量较高时增加的速率较快.     

12C+64Ni反应中出射α粒子的机制和截面与入射能量的关系

实验研究了E_l=36.5MeV至69.4MeV八个入射能量下的¹²C轰击⁶⁴Ni引起的核反应. 使用ΔE-E半导体探测器, 测量了反应中出射的α粒子的能谱和角分布. 角分布随着入射能量的升高由擦边角成峰变成为前角成峰, 中间呈现过渡形态. 入射能量较低时, 截面随入射能量的升高而增加的速率较慢, 能量较高时增加的速率较快.     

低能电子在外层导电屏蔽的玻璃锥管中的传输

采用新的具有常数锥角的玻璃锥管,并对玻璃锥管进行了外表面导电屏蔽,通过对电子穿越玻璃锥管的二维角分布随时间演化的观测,研究了低能电子与玻璃管相互作用的机制.发现电子穿越完全放电的玻璃锥管时穿透率先下降后平稳,整个过程中角分布中心发生微小移动,但角分布的半高宽几乎保持不变.这与我们之前发表的工作(2016 Acta Phys.Sin.65 204103)不同,这是由于对玻璃锥管进行外表面导电屏蔽会阻止外界不确定的快速充放电的影响,并形成了新的稳定放电通道,有利于实现电子的稳定穿透.电子的穿透率随倾角呈类似矩形的分布,透射电子的角分布中心伴随倾角的变化而移动,其穿透所容许的倾角与几何穿透一致.     

高流强电子束在锥形SiO2毛细管中的导向效应

 研究了高流强电子束(1～10 μA)在单根锥形SiO₂毛细管中的导向效应,测量了出射电子的角分布,分析了入射能量对电子传输效率的影响。实验发现：出射电子呈高斯分布且时间稳定性好,随着入射能量增加,电子在毛细管中的传输效率降低,传输效率与入射能量呈负指数关系。实验结果与导向效应模型符合得很好。     

石墨量热计测量相对论电子能谱的数值模拟

采用数值实验的方法对石墨量热计测量电子能谱的过程进行了模拟,并对解谱方法进行了研究。使用MCNP软件建立了实验模型,根据不同能量入射电子能量沉积分布情况确立了入射电子能量-沉积能量的传递函数,研究确定合适的函数求解方法,并采用添加人为扰动的方式对该函数求解方法的可靠性进行分析,最终得到了有效的解谱方法。     

Monte Carlo方法模拟低能电子在多元介质中散射：基于平均散射截面 …

应用基于平均散射截面低能电子在多元介质中散射Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法,模拟Ｅ０≤５ｋｅＶ低能电子在多种多元介质同中散。计算了电子背散射系数,背散射电子能谱、角分布、入射电子,背散射电子在介质中的作用范围、沉积能分布,并与确定散射中心方法的结果比较。两种方法计算结果广泛一致,进上步证明基于平均散射截面方法的有效性和可靠性。入射电子能量较低,介质平均原子序数较大时,计算的背散射电子角分布不服从余弦分     

强流电子束入射弯曲宏观石英管的导向效应研究

研究了强流（~129 nA）、 高能（1 500～1 900 eV）电子束在大角度(9°)弯曲宏观石英管中的导向效应。 实验分别测量了入射流强及能量对出射电子角分布值（FWHM）和传输效率的影响。 实验观察到出射电子角分布FWHM随着入射电子流强和入射电子能量增加变化均不明显; 发现电子传输效率随入射流强增加而增加, 但随入射能量增加而减小, 这与高电荷态离子导向中离子传输效率随入射能量增加而增加的现象相反。 分析发现, 与高电荷态离子导向机制不同, 电子束导向并非是由电子在石英管内壁的自组织充电过程引起的, 而是入射电子与管内壁弹性和非弹性散射碰撞共同作用的结果。 By using an incident electron beam with the high current and high energy, the guiding effect of the bended macroscopic quartz tube for the electron beam has been investigated. The angular distributions of outgoing electrons depending on the current and energy of incident electrons were measured. The dependences of electron transmitted fraction on energy and current of incident electrons are also shown. As the incident electron energy increasing, the electron transmitted fraction increases, but it decreases while the incident electron current increasing. The results have been compared with the present data. This work presents, the process of guiding electrons is essentially different from that of guiding highly charged ions, the guiding electron beam was caused by both elastic and inelastic collisions between electrons and inner walls of quartz tube, rather than self organized charging effect on the surface of inner wall of quartz tube.     

A novel design for a variable energy positron lifetime spectrometer

We present computer simulations of a new design of a variable energy positron lifetime beam that uses for a start signal the secondary electron emission from a 25-nm thick carbon foil (C-foil) located in front of the sample. A needle of ∼30 μm diameter is positioned on-axis right behind the foil, creating a radial electric field that deflects the secondary electrons radially outward so as to miss the sample and to hit the micro-channel plate (MCP) detector placed down beam. The MCP signal provides the start signal for the positron lifetime spectrometer. A grid can be further introduced between the sample holder and the MCP to yield a cleaner signal by preventing the positrons with large transmitted scattering angle from hitting the MCP. The cylindrical symmetry of this design reduces the experimental complexity and offers good timing resolution. We show that the design is robust against the transmitted energy and angle of the secondary electrons and positrons.     

30 keV H+在聚碳酸酯微孔膜中动态输运过程的实验和理论研究

测量了30 keV的H⁺入射倾斜角度为-1°和-2°的聚碳酸酯微孔膜后,出射粒子二维分布图、角度分布、相对穿透率以及出射H⁺电荷态纯度随沉积电荷的演化.实验中30 keV的H⁺在微孔膜中输运特性与之前其他能区离子在微孔膜中输运特性有显著不同,实验中直接观测到出射粒子导向部分和散射部分的动态演化过程,出射的H⁺由沿微孔孔轴方向的导向H⁺和沿入射束流方向的散射H⁺两部分组成,随着微孔内电荷斑的沉积,出射的导向H⁺的占比不断减小,出射散射H⁺占比不断增加;出射H⁰占总出射粒子的比例不断减小,其中心方向逐步向入射束流方向偏转.微孔膜处于不同倾斜角度时,微孔内沉积电荷斑的位置和电场强度是不同的.同时模拟计算了入射H⁺在微孔内部的运动轨迹、微孔内部电荷斑电势和场强分布,实验结果和理论结果得到了很好的验证.对出射离子导向部分和散射部分的动态演化过程的观测和理论解释,使得对中能区离子在微孔膜中输运机制有更好的认识.     

一种校验带电粒子速度成像探测器的新方法

带电粒子(离子或者电子)速度成像技术可以精确测量带电粒子产物的速度分布和角分布,获得光谱级别分辨率的原子分子能级结构,广泛应用于光电离和光解离等分子反应动力学实验中.速度成像探测器的效率和信号相对强度对带电粒子速度分布信息的提取具有重要的影响.由于难以精确测量入射离子数,至今仍然没有直接校验速度成像探测器的方法报道.本文基于铷原子磁光阱搭建了一套离子速度成像实验装置,实现了入射离子数的精确测量及连续可调,并对冷原子的光电离过程、微通道板探测器采集的飞行时间信号、电荷耦合器件采集的荧光屏信号进行了校验,对可能影响速度成像信号相对强度的因素进行了检验.实验结果表明:当入射离子数低于1×105个/(100 ns)时,微通道板探测器的增益稳定,而荧光屏信号强度与入射其表面的电子数量的关系受荧光屏电压影响比较严重.同时,结果表明本方法可以有效校验带电粒子速度成像探测器的效率和信号的相对强度,对使用速度成像技术的实验具有一定的借鉴意义.     

电介质/半导体结构样品电子束感生电流瞬态特性

电子束照射下电介质/半导体样品的电子束感生电流(electron beam induced current,EBIC)是其电子显微检测的重要手段.结合数值模拟和实验测量,研究了高能电子束辐照下SiO2/Si薄膜的瞬态EBIC特性.基于Rutherford模型和快二次电子模型研究电子的散射过程,基于电流连续性方程计算电荷的输运、俘获和复合过程,获得了电荷分布、EBIC和透射电流瞬态特性以及束能和束流对它们的影响.结果表明,由于电子散射效应,自由电子密度沿入射方向逐渐减小.由于二次电子出射,净电荷密度呈现近表面为正、内部为负的特性,空间电场在表面附近为正而在样品内部为负,导致一些电子输运到基底以及一些出射二次电子返回表面.SiO2与Si界面处俘获电子导致界面附近负电荷密度高于周围区域.随电子束照射样品内部净电荷密度逐渐降低,带电强度减弱.同时,负电荷逐渐向基底输运,EBIC和样品电流逐渐增大,电场强度逐渐减小.由于样品带电强度较弱,表面出射电流和透射电流随照射基本保持恒定.EBIC、透射电流及表面出射电流均随束流呈现近似正比例关系.对于本文SiO2/Si薄膜,透射电流随束能的升高逐渐增大并接近于束流值,EBIC在束能约15 keV时呈现极大值.     

低能电子束照射接地绝缘薄膜的负带电过程

为揭示低能电子束照射接地绝缘薄膜的负带电过程及其机理,建立了同时考虑电子散射与电子输运的计算模型,综合Monte Carlo方法和有限差分法进行了数值模拟,获得了内部空间电荷、泄漏电流和表面电位随电子束照射的演化规律.结果表明,入射电子因迁移、扩散效应会超越通常的散射区域产生负空间电荷分布,并经过一定的渡越时间后到达接地基板,形成泄漏电流,负带电暂态过程则随着泄漏电流的增加而趋于平衡.在平衡状态下,泄漏电流随电子束能量和电流而增大;薄膜净负电荷量和表面电位随膜厚而增加、随电子迁移率的增大而降低,随着电子束 关键词： 绝缘薄膜 电子束照射 带电效应 数值模拟     

Electron optics for high throughput low energy electron microscopy

Novel electron-optical components and concepts aiming at improving the throughput and extending the applications of a low energy electron microscope (LEEM) have been developed. An immersion magnetic objective lens can substantially reduce e-e interactions and the associated blur, as electrons do not form a sharp crossover in the back-focal plane. The resulting limited field of view of the immersion objective lens in mirror mode can be eliminated by immersing the cathode of the electron gun in a magnetic field. A dual illumination beam approach is used to mitigate the charging effects when the LEEM is used to image insulating surfaces. The negative charging effect, created by a partially absorbed mirror beam, is compensated by the positive charging effect of the secondary beam with an electron yield exceeding 1. On substrates illuminated with a tilted beam near glancing incidence, large shadows are formed on even the smallest topographic features, easing their detection. On magnetic substrates, the magnetic flux leaking above the surface can be detected with tilted illumination and used to image domain walls with high contrast.     

Guiding of 60 keV O6+ ions along capillaries in an Al2O3 membrane

The guiding of 60 keV O6+ions along capillaries in an Al2O3 membrane is studied.The charge state distribution and the angular distribution of the ions transmitted through the capillaries are measured.The ion guiding ability of the concerned capillaries for the used projectile ions is analyzed,and is compared with other results using PC and alumina capillaries.Qualitative agreement is found.Further studies on material influence on the ion guiding power of the capillaries are needed.