电介质样品扫描电镜成像的数值模拟

摘要

低压扫描电子显微镜是目前电介质样晶检测的常用仪器。低能电子束照射下电介质样品的二次电子特性是其重要的研究课题。本论文提出了比较全而的三维数值计算模型,考虑了电子散射、电荷捕获、复合、迁移和扩散、自洽场等因素,揭示了低能电子束照射下电介质样品的扫描电镜二次电子成像特性。
　　本论文采用基于单电子散射模型的Monte Carlo方法模拟电子的散射过程,采用快二次电子模型模拟二次电子的产生过程,利用有限差分法求解由电荷连续性方程、电流密度方程和泊松方程建立的电荷输运过程,采用四阶龙格一库塔法计算出射二次电子的轨迹。
　　首先,本论文针对电子束照射单层电介质样品的带电特性、二次1b予特性、表面形貌特性进行了模拟。通过计算获得了空问电荷、空问电位和电场及其时变特性。结果表明空间电荷呈现正负交替的分布特性:样品表面局部正电场可以吸引部分出射二次电了返回表面,从而影响二次电子成像电流。研究结果还发现电子束参数可以明显地影响二次电子成像电流特性。
　　此外,本论文系统地阐明了具有内部埋层结构电介质样品的二次电子成像特性。通过模拟得到了样品内部空间电荷、空间电位分布。计算了埋层界面电荷密度对二次电子返回特性的影响,结果表明二次电子成像电流随电荷密度的增大而减小,变化规律与实验结果相一致。模拟了电子束参数对扫描电镜图像的影响,模拟得到的结果与实验结果一致。最后,本论文研究了具有内部金属结构电介质样品的二次电子特性。模拟了空间电荷、空间电位和电场分布及其时变特性,分析了二次电子成像电流特性,阐明了内部金属结构扫描电镜检测的机理。奉论文的研究结果对于深入了解低能电子照射电介质样品的带电特性,揭示电介质样品电子显微成像的机理,具有一定的科学意义和应用价值。

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1绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的研究任务及论文结构

2 电介质样品的二次电子特性的数值分析模型

2.1 引言

2.2 电子散射过程

2.3 电子散射过程的Monte Carlo模拟

2.4 电子的捕获、复合和输运过程

2.5 空间电荷输运过程的有限差分法求解

2.6 二次电子轨迹

2.7 本章小结

3 单层结构电介质样品的二次电子特性

3.1 引言

3.2 二次电子发射特性

3.3 空间电荷分布

3.4 空间电位和电场分布

3.5 二次电子出射特性

3.6 电子束参数对二次电子特性的影响

3.7 本章小结

4 具有内部沟槽结构样品的二次电子成像特性

4.1 引言

4.2实验背景与计算模型

4.3空间电荷分布

4.4 空间电位和电场分布

4.5 二次电子返回特性

4.6模拟和实验结果比较

4.7电子束参数对扫描电镜图像的影响

4.8本章小结

5 具有内部金属结构样品的二次电子成像特性

5.1 引言

5.2 具有内部金属结构样品的扫描电镜图像

5.3 二次电子成像电流模拟

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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