薄膜材料在現代材料技術中應用廣泛。光學鍍膜技術中,經常在特定的襯底上沉積一層薄膜,可以改善材料的物理化學性質。許多工業和技術設備都需要覆蓋具有特定化學性質的薄膜,薄膜材料具有許多獨特的光學與電學性質,這些性質和薄膜本身的制作工藝有關,同時也與薄膜的厚度密切有關。因此,表征納米量級的薄膜厚度具有十分重要的研究意義。在眾多表面分析技術中,俄歇電子的采樣深度一般為納米級別,具有很高的表面靈敏度,適合材料表面定的性和定量分析,因此本文的主要研究目的是:整合當前最新的電子與固體原子的散射理論,用蒙特卡洛方法模擬研究薄膜對襯底俄歇能譜的影響,并用襯底的俄歇峰強度來表征襯底材料上均勻薄膜的厚度,得出俄歇信號強度與薄膜厚度的一般關系式,并推導出相關的有效衰減長度。下面介紹文章的具體內容。在第一章中,我們介紹了俄歇電子以及俄歇能譜應用的基本原理,俄歇電子能譜技術已經成功應用到許多科學領域。然后介紹了薄膜襯底材料的電子能譜學實驗中幾個常用的物理量:非彈性散射平均自由程和有效衰減長度等。我們還介紹了電子與固體相互作用的散射理論在定量俄歇分析中應用以及實驗中應用俄歇譜測膜厚的方法。在第二章中,我們詳細介紹了電子與固體相互作用的彈性和非彈性散射理論,以及內殼層激發和俄歇電子產生的原理。本文使用Mott截面描述電子彈性散射,Penn介電函數描述非彈性散射,Gryzinski理論描述內殼層激發和電子弛豫過程。在第三章中,我們首先介紹了蒙特卡洛模擬方法在科學計算領域中的重要應用,以及蒙特卡洛方法在處理電子輸運等復雜計和算量巨大的問題的優勢所在。然后基于第二章中的散射理論,我們介紹了蒙特卡洛方法在模擬電子在固體中輸運的具體過程和詳細步驟,并給出了模擬程序的流程圖。第四章中,我們以Al薄膜Ag襯底(Al/Ag)和Ag薄膜Cu襯底(Ag/Cu)兩種薄膜襯底體系為例,利用蒙特卡洛方法模擬了電子在薄膜襯底材料中的產生和輸運,計算了襯底中俄歇電子信號強度隨著不同薄膜厚度的變化。模擬得到的電子能譜的能量范圍是從入射電子彈性峰到俄歇峰附近,能譜中包括了由電子激發引起的體等離子體損失峰。在彈性峰和俄歇峰的低能區域,出現了來自薄膜和襯底元素的等離子體損失峰。對模擬得到的俄歇電子能譜進行背底扣除后,得到了俄歇峰強度與薄膜厚度的近似指數衰減關系。我們通過表征衰減曲線和有效衰減長度來討論薄膜厚度的測量。最后定義了一個具有兩個參數的衰減函數,發現與程序模擬得到的數據點符合的很好,兩參數的衰減曲線可以作為膜厚測量標定曲線。第五章中,對本文進行了總結,并對本文工作的合理擴展以及前景進行了展望。
