金属的高能二次电子发射系数与入射能量和能量幂次的关系

　　在具有一定能量的原电子轰击下,从物体表面发射电子的现象称为二次电子发射[1]。通常把能量小于50 eV的二次电子定义为真二次电子,把能量大于50 eV的二次电子定义为背散射二次电子[2]。背散射二次电子数与原电子数之比定义为反射系数,真二次电子数与原电子数之比定义为真二次电子发射系数。真二次电子数与原电子中射入发射体内的原电子数(除去通过弹性散射或非弹性散射返回的原电子数)之比定义为有效真二次电子发射系数[3],常用δe来表示。文献[3]已论述了高能原电子(原电子的入射能量Wp0≥10 keV)轰击金属时入射能量与有效真二次电子发射系数的关系,且认为高能原电子在金属内的沿程能量损失符合惠定顿定律[4]dWp/dx∝-1/Wp,其中,Wp和x分别是原电子的能量与行程;原电子的射程与其入射能量和能量幂次的基本关系式[5]:R= AWnp0,其中,R是原电子的射程,A是与材料相关的常数,n是原电子的能量幂次,能量幂次n是与原电子的能区和材料相关的常数。本文根据原电子的射程与其入射能量、能量幂次的基本关系式推导出高能原电子在金属内的沿程能量损失符合dWp/dx∝-1/Wn-1p,论述了高能原电子轰击金属时金属的二次电子发射系数与入射能量、能量幂次n的关系,并用实验数据证明了该理论的正确性(将原电子的入射能量Wp0≥10 keV的原电子称为高能原电子)。

　　1　高能原电子入射能量、能量幂次与金属的有效真二次电子发射系数的关系

　　若原电子在发射体中的总行程为R,N(x,Wp)是一个射入发射体内(没有通过弹性散射或非弹性散射返回)的原电子产生的内二次电子数,那么有效真二次电子发射系数可以写成[3]

式中:α为吸收系数;1/α=λ为逸出深度;B是当x=0时的几率;ε是激发一个内二次电子所消耗的平均能量。

　　对于一般金属发射体,当原电子入射能量为几百eV时,二次电子发射系数达到最大,高能原电子射入金属发射体内的深度明显大于逸出深度1/α,在大于逸出深度1/α处所激发的内二次电子几乎不能逸出金属发射体而成为真二次电子,所以对于高能原电子轰击金属发射体时,式(1)的定积分区间可以近似改成积分区间为[0,1/α]的定积分。

　　根据原电子的射程与其入射能量和能量幂次的基本关系式[5]:R = AWnp0,原电子在单位长度上的能量损失率为

　　高能原电子射入金属发射体内时,它的行程比一个逸出深度1/α大得多,而且高能原电子能量损失的“重心”在原电子行程的后部,所以在离表面一个逸出深度1/α范围内,其能量损失相对于原能量很小,所以根据式(2)可知,高能原电子在入射表面一个逸出深度1/α范围内沿程能量损失率可近似表示为