半导体和绝缘体的二次电子发射系数的理论研究开题报告
2021-12-29 09:12
全文总字数：11302字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
材料的电气性能在当今的诸多科学理论实验研究，工程应用领域是颇受关注的课题。二次电子发射系数δ是材料电气性能和二次电子发射的一个重要参数。由此可见，研究金属薄膜的二次电子系数对于相应材料的电气性能以及其他实验研究和理论研究的物料性质都会有所裨益。其次随着航天事业的飞速发展，现在国防，商业，生活各个方面对于航天器的需求越来越多，同时对其安全性和寿命要求也不断提高。在第一颗人造航天器进入太空（上世纪六十年代）不久，人们就发现了由空间等离子体环境诱发的航天器表面充放电效应。航天器表面充放效应可能会产生具有瞬时高压和强电流特征的电磁脉冲，导致航天器上的敏感电子元器件损坏及组件误动作，干扰航天器与地面的通信，甚至造成航天器飞行任务的失败[1-2]。当空间环境中的航天器表面发生充放电效应时，最后的平衡电位取决于入射的电子、离子、表面的二次电子发射、光电发射等因素之间的平衡，其中空间材料(绝缘体材料)二次电子发射系数是影响航天器表面带电的一个重要因素，它决定了航天器表面带电速率和充电平衡电位水平[3-4]。因此绝缘体材料的二次电子发射是航天器表面带电的一个重要方面，研究绝缘体材料的二次电子发射可以为卫星充放电效应仿真评估和防护设计提供理论支持。
当具有一定能量的粒子（电子、离子等）轰击表面时，会引起电子从被轰击的物体表面发射出来，这种现象称为二次电子发射。总二次电子中包括从物体表面上直接弹射回来的入射电子（背散射电子）和入射电子激发产生的真二次电子（能量小于50 ev）。而对于相关系数的定义就是：总二次电子的数与入射电子数的比值、真二次电子数与入射电子数的比值、背散射电子与入射电子数的比值分别即是总二次电子发射系数、二次电子发射系数和背散射系数，分别用σ、δ和η来表示，它们的关系则是σ=δ η。由此可见σ是表征材料的二次电子发射的重要物理量，并因这种粒子作用过程的特点而受到材料的表面状态和结构、表面粗糙程度以及温度、吸附气体、电子入射能量和入射角度等的影响，该系数的变化范围非常大[5]。因此，在选取航天器表面绝缘体材料和设计工艺中，考虑绝缘体材料的σ是很有必要的。
对于航天器而言，其表面绝缘体材料的σ数据测量的越准确，对航天器表面充电的模拟预测就越准确可靠，从而减轻表面充电对航天器带来的威胁。引起航天器表面充电的电子能量一般在10~100kev，且电子会从不同角度入射到航天器表面[6]。因此，电子入射绝缘体材料的σ的研究、测量及其理论推导，对航天器表面充放电效应进行模拟预测的研究，以及对航天器表面绝缘体材料的选取和设计工艺都有重要的参考价值[7-8]。
2. 研究的基本内容
★内容简介与说明
绝缘体或半导体的二次电子发射系数可以通过实验数据借助经典物理散射方法求得和分析，但在此我们结合一定的实验分析，加上物理过程和借助模型，借鉴以往的一些有益的理论研究，通过数学与物理知识的推导来进一步揭示一定能量范围内二次电子发射系数系数与入射电子能量，原子序数之间的较为普遍的理论近似公式，从而来从理论上找出适用于高能范围内符合一些研究对象实验数据的二次电子发射系数公式，更再与其他数据进行拟合以验证和探讨理论公式的近似程度，并在符合的情况下予以推广和解释分析。同时再加上图线和相关系数的探讨进一步阐明其中涉及的物理过程，性质。对于紧密与之联合的实验和应用也是应该结合说明的。
★论文架构布置：
3. 实施方案、进度安排及预期效果
★实验方案：1.资料方面，主要以网络搜索为主搜集国内外有关资料整合分析提炼，结合导师所给关键文章和借鉴文献翻译并吸收有用数据，思考研究方法。
2.计算模拟绘图方面，可以借助一些已有公共程序资源辅助验证计算模拟，同时也由matlab，origin等编程模拟软件去辅助模拟和作图表.界面来研究背散射问题。
3.模型推导，则参考一些已知论文的过程分析，结合自身的数学物理知识进一步构造模型，更完善地分析金属薄膜的高能背散射问题，得出较为准确，符合度高的理论近似公式，并且分析其中产生误差的原因并修正模型和推导过程，使结果更准确。
4. 参考文献
[1] k. fukunaga, k. okamoto, t. maeno. space charge observation in aramid/epoxy insulations under dc electric fields [j]. ieee. t. compon. pack. t. 2006, 29(3): 502-507.[2] 张振龙，全荣辉，韩建伟，等。卫星部件内部充放电试验与仿真 [j]。原子能科学技术，2010，44(增刊)：538-544．
[3] h. b. garrett. the charging of spacecraft surfaces [j]. rev. geophys. space phys. 1981，19(4): 577-616.
[4] i. kate, m. mandeli, g. jongeward. the importance of accurate secondary electron yields in modeling spacecraft charging [j]. j. geophys. res. 1986, 91(12): 13739-13744.
