Перейти к содержанию

Траектории электронов

Симулятор траекторий (метод Монте-Карло) вычисляет траектории электронов внутри образца методом Монте-Карло: падающие электроны испытывают упругое и неупругое рассеяние, и накапливаются получающиеся распределения обратно рассеянных электронов (ОРЭ, BSE) — направление, энергия в момент выхода, глубина проникновения и боковое распространение. Эти распределения также служат основой для угловых/энергетических/глубинных весов, используемых в 12. Моделирование EBSD.

Electron Trajectory

Окно состоит из трёх столбцов: слева — трёхмерное изображение траекторий, в середине — Статистика и стереосеть Распределение направлений ОРЭ, справа — три гистограммы. Состав и плотность образца берутся из кристалла, выбранного в главном окне; здесь задаются только энергия пучка, наклон образца и число траекторий.

Сочетания клавиш и мыши

Траектории отображаются в трёхмерном виде OpenGL. Используется стандартная навигация по виду ReciPro, но панорамирование отключено — для перехода к стандартным ориентациям используйте кнопки предустановленных видов.

Сочетание Действие
F1 Открыть эту страницу онлайн-руководства
Перетаскивание левой кнопкой Повернуть модель
Перетаскивание правой кнопкой вверх/вниз или колесо мыши Масштабирование
CTRL + двойной щелчок правой кнопкой Переключение ортографической / перспективной проекции

→ См. 21. Сочетания клавиш и мыши для обзора всех окон.

Условия расчёта

Элементы управления в верхней части окна задают параметры запуска:

  • Рассчитать траектории : запускает расчёт методом Монте-Карло. Строка состояния внизу окна отдельно показывает затраченное время на расчёт траекторий, отрисовку графиков и трёхмерную визуализацию.
  • Number of trajectories : сколько падающих электронов прослеживать. Большее число электронов снижает статистический шум всех приведённых ниже распределений, а время расчёта растёт линейно.
  • Наклон образца (°) : наклон поверхности образца вокруг оси X. Для нормального падения оставьте 0; используйте −70°, чтобы воспроизвести геометрию симулятора EBSD, где большой наклон увеличивает выход обратного рассеяния.
  • Energy (keV) / Wavelength / Unit : ускоряющее напряжение падающего пучка и связанная с ним длина волны электрона с релятивистской поправкой. Энергия задаёт кинетическую энергию, используемую как упругой (NIST Mott), так и неупругой (тормозная способность / IMFP) моделями.

Сами модели рассеяния пользователь не выбирает: сечения упругого рассеяния берутся из встроенной таблицы NIST Mott (вне её диапазона используется экранированное резерфордовское рассеяние), а тормозная способность — из модифицированной формы Яблонского (Jablonski, 2008). Фактически использованная модель указывается рядом с каждым значением в разделе Статистика. Что представляют собой эти модели, см. в Ослабление и перенос.

Трёхмерное изображение траекторий

Красные траектории — электроны, поглощённые в образце, оранжевые — электроны, вышедшие как обратно рассеянные. Концентрические направляющие окружности подписаны в nm (или µm), а +X, +Y, +Z (=beam) обозначают оси.

  • От оси Z (=направление пучка) / От оси X (ось вращения) / От нормали к поверхности : устанавливают вид вдоль стандартных направлений.
  • Число отображаемых траекторий : сколько из рассчитанных траекторий отрисовывать (отрисовка всех 100 000 была бы нечитаемой и медленной).
  • Рисовать оси / Направ. окружности : стрелки осей и шкала расстояний.
  • Рисовать траектории, поглощённые в образце : включать электроны, которые так и не вышли из образца.
  • Рисовать путь после выхода : продолжать отрисовку пути обратно рассеянного электрона после того, как он покинул поверхность.

Статистика

Статистика

Значения для текущей энергии пучка; в скобках указана модель, по которой получено каждое из них.

  • Сечение рассеяния (σ_E) (nm²) — полное сечение упругого рассеяния на один атом.
  • Упругая средняя длина свободного пробега (λ) (nm) — среднее расстояние между событиями упругого рассеяния.
  • Тормозная способность (dE/ds) (eV/nm, отрицательная) — энергия, теряемая на единицу длины пути.
  • Коэффициент обратного рассеяния электронов, η (%) — доля падающих электронов, снова покидающих образец через входную поверхность. Именно на этой величине основан контраст изображений в ОРЭ.
  • Средняя энергия ОРЭ (keV) — средняя энергия обратно рассеянных электронов в момент выхода.

Распределение направлений ОРЭ

Распределение направлений ОРЭ

Угловое распределение обратно рассеянных электронов, нанесённое на стереосеть, центр которой соответствует направлению нормали к поверхности.

  • Частота / Средняя энергия / Стандартное отклонение энергии : величина, отображаемая цветом, — сколько электронов выходит в каждом направлении, их средняя энергия или разброс этой энергии.
  • Рисовать оси : наложить направления +X / ±Y / ±Z.
  • Min / Max, Resolution, Цвет : пределы цветовой шкалы, угловой размер ячейки гистограммы и цветовая карта.

Гистограммы

Гистограммы

Три распределения обратно рассеянных электронов, все нормированы на единичную площадь.

Распределение энергии ОРЭ при выходе

Гистограмма энергии, которую обратно рассеянные электроны ещё несут в момент выхода из образца (keV), — а не потерь энергии. Симулятор EBSD использует её для взвешивания интегрирования master pattern по энергии.

Максимальное расстояние ОРЭ вдоль поверхности

Гистограмма того, насколько далеко каждый обратно рассеянный электрон сместился в боковом направлении (параллельно поверхности, nm) до выхода. Это боковой размер области взаимодействия и, следовательно, собственный предел пространственного разрешения измерений ОРЭ или EBSD.

Максимальная глубина проникновения ОРЭ

Гистограмма наибольшей глубины по нормали к поверхности (nm), которой достиг каждый обратно рассеянный электрон до выхода. Симулятор EBSD использует её для взвешивания интегрирования master pattern по глубине.

См. также