CN112836421B - 一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法 - Google Patents

一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112836421B
CN112836421B CN202110201212.6A CN202110201212A CN112836421B CN 112836421 B CN112836421 B CN 112836421B CN 202110201212 A CN202110201212 A CN 202110201212A CN 112836421 B CN112836421 B CN 112836421B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
discharge
scale
electron emission
secondary electron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110201212.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112836421A (zh
Inventor
李永东
彭敏
王大威
曹猛
林舒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202110201212.6A priority Critical patent/CN112836421B/zh
Publication of CN112836421A publication Critical patent/CN112836421A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112836421B publication Critical patent/CN112836421B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/25—Design optimisation, verification or simulation using particle-based methods
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/26—Composites

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，该方法涉及原子至纳米尺度、微米尺度和毫米至厘米尺度三个尺度，主要包括各个尺度上的参数计算和各尺度间的关联逻辑。原子至纳米尺度即材料化学组分与原子几何结构层面，表面微观结构层面属于微米尺度，而微波器件层面属于毫米至厘米尺度。该方法是一种从材料到表面再到器件的关联分析与设计方法。而且此关联分析方法成本低、周期短、效率高，为微放电实验的开展节省了大量的时间和无效试错成本。

Description

一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法
技术领域
本发明属于电子科学与技术高功率微波工程物理领域，具体涉及一种针对微波器件抑制微放电的多尺度关联分析方法，涉及电子发射、材料性能测量和数值模拟计算领域。
背景技术
器件微放电的抑制技术涉及多个尺度的物理机理和工程问题，产生微放电的根源是材料表面的二次电子发射以及二次电子与微波场的共振作用。由此可见，抑制微放电的关键途径是获得具有低二次电子发射水平的材料与表面微观结构以及微波器件的结构设计。在材料层面上，现有的研究及方法主要包括理论上通过功函数、亲和势等概念探索表面状态对二次电子发射的影响以及实验上采用新型材料镀膜，第一性原理计算也可用来计算材料的功函数或电子亲和势等微观概念参数。在表面微观结构层面上，现有的方法是通过形成表面周期性结构及非规则结构来改变表面粗糙度及微观结构，从而降低抑制的二次电子发射，这一层面的模拟计算包括基于半经验公式的模拟计算和单一材料表面的二次电子发射蒙特卡洛模拟计算。在器件层面上，传统的方法即基于粒子模拟的器件结构微放电阈值模拟和实验工程中微放电阈值的实验测量。
然而，现有的理论和技术仅在某个层面上研究了影响微放电发生的单一因素，未见从实际应用的角度将三个层面关联起来进行多尺度综合研究的报道，也没有将第一性原理方法应用到低二次电子发射系数材料选材方面的研究报道。现有方法缺乏将表面、表面状态、二次电子发射特性以及器件结构有机联系的成熟理论，尚未有解决上述器件微放电问题的实际综合分析方法来指导材料选择、表面处理的工艺设计和微波器件结构设计。
发明内容
为了从理论上指导器件材料选择、表面处理的工艺设计和微波器件结构设计，从机理上形成有效抑制器件微放电产生的***体系，本发明提出了一种用于抑制器件微放电的多尺度关联分析方法。该方法涉及原子至纳米尺度、微米尺度和毫米至厘米尺度三个尺度，主要包括各个尺度上的参数计算和各尺度间的关联逻辑。原子至纳米尺度即材料化学组分与原子几何结构层面，表面微观结构层面属于微米尺度，而微波器件层面属于毫米至厘米尺度。该方法是一种从材料到表面再到器件的关联分析与设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，用于常见器件的微放电抑制效果分析和预测，可对简单结构微波器件进行多尺度关联分析，包括以下具体步骤：
(1)在原子至纳米尺度上，根据金属材料的晶格常数、键角、空间群等参数建立金属的晶胞结构模型，切晶胞得到所需材料晶面；
(2)基于第一性原理方法对上述结构模型进行弛豫计算，并进行非自洽计算，得到材料真空能级和费米能级，计算得到功函数、光学能量损失谱；
(3)采用基于蒙特卡洛方法的二次电子发射多代模型自研程序，以平整表面情况作为表面形貌输入，输入对应材料种类，将上述计算得到的材料功函数输入至材料的功函数，得到微米尺度上材料表面的二次电子发射系数模拟值；可与实际光滑材料样片表面的二次电子发射系数测量值进行比对验证；
(4)在毫米至厘米尺度上，针对简单平板结构器件将材料表面的二次电子发射系数模拟值输入到粒子模拟软件电子发射模块中进行微放电阈值模拟计算；或将材料表面的二次电子发射系数模拟值按照统计理论进行拟合，根据所得一组参数计算阈值；
(5)绘制该器件结构的微放电敏感区域曲线；
以上实现了器件基底材料多尺度关联分析的全过程，然后，针对表面镀膜工艺处理的复合材料结构进行针对器件微放电抑制的多尺度关联分析：
(6)根据金属和镀膜材料的晶格常数、键角、空间群等参数建立各自的晶胞结构模型；对金属材料切晶胞得到所需晶面，将镀膜材料与基底材料进行晶格适配，建立复合结构的晶胞模型；
(7)采用第一性原理计算软件对上述复合结构模型进行弛豫，并进行非自洽计算，得到真空能级和费米能级，计算得到功函数、光学能量损失谱；
(8)采用基于蒙特卡洛方法的双层材料二次电子发射多代模型程序，以表面粗糙度情况作为表面形貌输入，以基底材料和表层膜材料作为输入材料种类，将上述计算得到的复合材料功函数输入至程序中表层膜的功函数，得到表面的二次电子发射系数模拟值；可与实际镀膜工艺表面样片二次电子发射系数测量值进行比对验证；
(9)针对简单平板结构器件，将上述表面的二次电子发射系数模拟值输入到粒子模拟软件电子发射模块中进行微放电阈值模拟计算；或将其按照微放电抑制统计理论进行拟合，根据所得一组参数计算阈值；
(10)绘制该器件结构的微放电敏感区域曲线。
具体步骤计算方法说明如下：
(1)在建立单一材料的晶胞结构模型时，先从材料数据库中下载标准晶胞文件，然后调用VASP软件中ASE模块进行金属晶面切割，得到特定金属晶面晶胞结构；
(2)在原子至纳米尺度上，进行第一性原理计算采用VASP商业软件计算得到功函数、光学能量损失谱；
(3)在微米尺度上的二次电子发射系数蒙特卡洛模拟采用自主研发的复杂表面二次电子发射多代模型程序；
(4)在毫米至厘米尺度上，微放电阈值计算根据结构复杂程度可以采用微放电抑制统计理论或者粒子模拟两种方法，如针对简单平板结构和同轴结构可采用微放电抑制统计理论，首先进行Vaughan模型分段函数参数拟合来根据统计理论计算微放电敏感区域曲线，然后通过曲线来分析微放电阈值的抑制情况；如针对复杂结构器件，采用三维粒子模拟软件建立器件结构并将微米尺度上的二次电子发射系数蒙特卡洛模拟值设置为电子发射模型的参数，进行粒子模拟得到最终的阈值分析；
(5)在建立抑制工艺处理的复合结构晶胞模型时，涉及到两种材料晶胞复合的晶格适配方法，本多尺度关联分析方法中针对复合结构晶胞适配问题进行处理。
步骤(5)中本多尺度关联分析方法中针对复合结构晶胞适配问题处理方法如下：根据各自晶格常数计算最小公倍数，依据各自晶格常数与该最小公倍数的比例关系适当扩建超胞，并对微小误差进行晶胞平均化适配来确保结构能够得以顺利弛豫。
功函数的具体计算方法：弛豫后设置INCAR输入文件中的功函数计算标签，进行非自洽计算，得到真空电势分布，读取材料真空能级Evacuum和费米能级Efermi，计算得到功函数的值等于真空能级减去费米能级的差值，即Ew＝Evacuum-Efermi。
是否有抑制效果的分析方法及反向选材指导方法步骤如下：
(1)对比单一金属和复合膜层结构在微米尺度上的二次电子发射系数蒙卡模拟值，如后者模拟值较小，则说明该复合膜层结构的处理工艺对表面二次电子发射具有抑制效果；反之，则不具有抑制效果；
(2)对比单一金属和复合膜层结构在毫米至厘米尺度即器件层面上的阈值模拟结果，来直接得到是否有器件微放电抑制效果的结论。
对比包括两种方式：若采用粒子模拟来进行微放电阈值的计算，则直接对比单一金属和复合膜层表面两者对应的器件微放电阈值即可，此时如后者较小，则说明该复合膜层的处理工艺对器件微放电具有抑制效果；反之，则不具有抑制效果，若采用统计理论来进行微放电敏感区域曲线计算，则读取敏感曲线中特定结构参数下的微放电第一阈值和第二阈值，此时如果复合膜层结构的微放电敏感区域较小，则其第一阈值较大第二阈值较小，则说明该复合膜层的处理工艺使得器件不容易发生微放电，即对器件微放电具有抑制效果；反之，则不具有抑制效果。
本发明的技术效果：在原子尺度上，建立铜单质的第一性原理计算的晶胞模型，并采用VASP软件计算得到功函数为4.60eV，采用QE及Yambo软件计算得到其光学能量损失谱和非弹性散射截面。基于以上第一性原理计算的结果，在表面尺度上采用复杂表面多代模型程序进行了铜的二次电子发射蒙特卡洛模拟，得到了二次电子发射系数(SEY)模拟结果最大值为1.5。
进一步，对铜表面进行镀镍膜并覆盖单层石墨烯处理后的器件微放电抑制效果进行了多尺度关联分析。在原子尺度上，计算得到镀膜复合结构的功函数为2.90eV；在表面尺度上其二次电子发射蒙特卡洛模拟结果为1.24。在此基础上，对器件进行微放电敏感区域分析，依据微放电的统计理论模型计算得到处理前、后的器件微放电敏感区域曲线及阈值电压。敏感曲线表明，在器件表面镀镍膜并覆盖单层石墨烯的工艺处理会使得平板结构器件微放电阈值增大，即器件微放电得到一定程度的抑制。
本发明对研究微波器件微放电的抑制技术提供了一种全新的理论思路和方法。该方法不仅为器件的材料选择、处理工艺和结构设计提供了完整的理论指导，而且此关联分析方法成本低、周期短、效率高，为微放电实验的开展节省了大量的时间和无效试错成本。
附图说明
图1为器件微放电抑制的多尺度关联分析方法技术路线图，
图2为器件微放电抑制的多尺度关联分析方法中原子至纳米尺度计算流程图。
图3为器件微放电抑制的多尺度关联分析方法中微米尺度上二次电子发射系数的蒙特卡洛模拟流程图。
图4为器件微放电抑制的多尺度关联分析方法中毫米至厘米尺度微放电统计理论分析流程图。
图5为铜单质原子至纳米尺度第一性原理计算中的晶胞模型及slab真空层电势分布图。
图6为铜单质原子至纳米尺度第一性原理计算中的光学能量损失谱，计算光学损失函数是计算散射截面的中间过程需要。
图7为铜单质微米尺度上基于多尺度分析获得的表面二次电子发射系数。由图6中的光学损失谱进而得到能量损失函数，并计算电子的非弹性散射截面。得到的非弹性散射截面再加上成熟的弹性散射截面(Mott散射模型)即可得到总的电子散射截面，并按照图3进行铜的二次电子发射系数蒙特卡洛模拟流程，即可得到图7的SEY曲线，最大SEY约1.5。
图8为原子尺度上第一性原理计算中镀镍膜覆盖单层石墨烯复合结构的晶胞模型。以铜镀膜后的表面为例进行微放电抑制的多尺度关联分析，第一步即对复合结构进行第一性原理计算。将单层石墨烯与镍的晶胞结构进行适配，并建立起复合材料的晶胞模型。
图9为微米尺度上铜表面镀膜处理后的二次电子发射系数蒙特卡洛模拟结果，最大SEY约1.24。与未镀膜处理的铜表面二次电子发射系数蒙特卡洛模拟结果相比，镀膜处理降低了二次电子发射系数。
图10为毫米至厘米尺度上针对简单平板结构铜基底器件表面镀膜处理前、后的微放电统计理论敏感区域模拟结果。图中，镀膜处理后微放电敏感区域明显缩小，微放电阈值提高，表明镀膜处理在理论上会产生抑制微放电的效果，达到了多尺度关联分析的最终目的。
具体实施方式
参照图1所示，三个尺度的分析从原子至纳米尺度、微米尺度到毫米至厘米尺度依次进行。在原子至纳米尺度即材料层面上，通过材料组分和几何结构建模，进行第一性原理微观参数计算；将结果用于下一微米尺度，结合表面粗糙进行材料表面二次电子发射蒙特卡洛模拟；表面二次电子发射系数模拟结果用于毫米至厘米尺度进行器件微放电阈值模拟，可根据不同器件结构采用粒子模拟或统计理论方法。根据最后的微放电阈值模拟结果反向设计器件结构，并进一步为表面尺度上材料表面处理工艺研究和材料层面上基底选材提供指导。
参照图2所示，根据材料组分和原子几何结构建立晶体结构模型并进行结构弛豫；然后，采用VASP或开源软件进行非自洽计算得到数据进而绘图得到功函数、态密度和能带结构，并采用QE及Yambo软件进行散射截面的计算。
参照图3所示，初始电子从表面进入材料内部，在材料内进行散射，散射截面由原子至纳米尺度第一性原理计算提供。每更新一步进行位置判断，是否从表面射出，如果否，则改变电子运动状态并继续散射；如果是，则进行下一判断：是否再次进入表面。如果实际表面形貌条件使得该电子不再进入表面，则最终出射二次电子，流程结束；如果再次进入表面，则经过动力学过程后再次进入材料并进行散射循环。其中，从表面出射时用到的功函数也由原子至纳米尺度第一性原理计算提供，而判断是否再次进入表面时的实际表面微观形貌则由数学模型或输入的形貌粗糙度矩阵提供。
参照图4所示，对于简单同轴或平板结构的器件，微放电统计理论可以更快的模拟出微放电敏感曲线，具体方法是将采用微米尺度上二次电子发射系数的蒙特卡洛模拟值作为数据，采用修正Vaughan模型分段函数进行参数拟合，得到对应的一组模型参数；然后采用微放电统计理论进行建模，计算得到器件结构对应的敏感区域曲线。
参照图5所示，以铜材料为例进行多尺度关联分析的第一步即为第一性原理计算建模。将建好的晶胞模型文件作为VASP软件的位置坐标输入文件，并做好计算参数设置，进行弛豫得到稳定的体系结构。然后，改变计算参数进行非自洽计算，通过绘制真空电势分布图读取真空能级和费米能级，计算得到功函数。
参照图6所示，首先采用软件Quantum Espresso计算晶胞的基态能量和波函数，然后采用Yambo软件计算光学损失函数。
参照图7所示，由图6中的光学损失谱进而得到能量损失函数，并计算电子的非弹性散射截面。得到的非弹性散射截面再加上成熟的弹性散射截面(Mott散射模型)即可得到总的电子散射截面，并按照图3进行铜的二次电子发射系数蒙特卡洛模拟流程，即可得到图7的SEY曲线，最大SEY约1.5。
参照图8所示，以铜镀膜后的表面为例进行微放电抑制的多尺度关联分析，第一步即对复合结构进行第一性原理计算。将单层石墨烯与镍的晶胞结构进行适配，并建立起复合材料的晶胞模型。
参照图9所示，最大SEY约1.24。与未镀膜处理的铜表面二次电子发射系数蒙特卡洛模拟结果相比，镀膜处理降低了二次电子发射系数。
参照图10所示，镀膜处理后微放电敏感区域明显缩小，微放电阈值提高，表明镀膜处理在理论上会产生抑制微放电的效果，达到了多尺度关联分析的最终目的。
抑制微放电的多尺度关联分析方法中所述多尺度主要包括三个尺度：原子至纳米尺度、微米尺度和毫米至厘米尺度。在原子至纳米尺度上，主要研究材料化学组分与原子几何结构对二次电子发射系数产生影响的微观概念参数及过程，如功函数、光学能量损失谱、电子亲和势、电子态密度、能带结构、表面氧化态等。在材料表面上即微米尺度上，入射的初始电子进入材料内部，经过散射过程和表面势垒俘获作用后材料表面会产生出射的二次电子，后者比前者的值即为二次电子发射系数。在该尺度上主要研究器件微放电敏感区域的表面微观形貌对二次电子发射系数的影响作用，并基于纳米尺度的计算分析在微米尺度上进行复杂表面二次电子发射的蒙特卡洛建模，模拟得到相应表面材料和表面处理条件下的二次电子发射系数。在毫米至厘米尺度上，主要研究器件层面结构设计和模拟模型，在微米尺度已有的表面二次电子发射系数结果的基础上，对微波器件微放电阈值进行预估模拟计算。通过三个尺度相关联，探索从材料选择到表面处理工艺再到器件结构设计的微放电抑制方案。
多尺度关联分析方法中各尺度上的分析方法及其间关联性说明如下：
原子至纳米尺度的分析主要以器件材料的原子结构为核心，基于密度泛函理论、采用成熟的商业或开源软件进行材料层面的第一性原理计算。通过第一性原理计算可得到的微观概念包括功函数、电子亲和势、电子态密度、表面氧化态等等，这些参数对电子出射跨越的表面势垒有不同程度的影响。而在微米尺度上进行二次电子发射系数蒙特卡洛模拟时，表面势垒和内部电子散射过程是其影响二次电子发射系数模拟值的关键。因此，原子至纳米尺度的第一性原理计算结果可作为下一微米尺度的输入变量参数应用到抑制二次电子发射系数选材中。
微米尺度上的二次电子发射系数的蒙特卡洛模拟能够最大程度地逼近电子散射运动的碰撞规律，相较于半经验公式或纯理论公式而言具有明显优势。同时，对计算模型算法的设定和表面复杂形貌的解析化表达要求更高。因而，蒙特卡洛模拟得到表面形貌条件下的二次电子发射系数模拟值既可对实验结果进行预估，也可反过来依据大量样片实验结果受到特定实验条件的参数修正。该表面层面的二次电子发射系数结果可进一步应用到下一尺度分析的器件模拟中，用作毫米至厘米尺度上器件微放电阈值及敏感曲线分析中的电子发射模型参数。
最后，毫米至厘米尺度上的器件级模拟可由粒子模拟软件或微放电统计理论完成器件微放电阈值的模拟计算。在粒子模拟软件中，微米尺度的二次电子发射系数模拟结果可作为电子发射模型的输入参数；若采用微放电统计理论分析器件微放电阈值，微米尺度的二次电子发射系数模拟结果则需拟合成统计理论对应的一组分段函数参数，转换成数学问题进行解析计算。采用两种方法中的哪一种取决于器件结构的可实现性，目前而言统计理论方法仅能够实现简单同轴和平板结构的器件微放电敏感区域分析及阈值计算。

Claims (9)

1.一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，用于常见器件的微放电抑制效果分析和预测，可对简单结构微波器件进行多尺度关联分析，包括以下具体步骤：
(1)在原子至纳米尺度上，根据金属材料的晶格常数、键角、空间群参数建立金属的晶胞结构模型，切晶胞得到所需材料晶面；
(2)基于第一性原理方法对上述结构模型进行弛豫计算，并进行非自洽计算，得到材料真空能级和费米能级，计算得到功函数、光学能量损失谱；
(3)采用基于蒙特卡洛方法的二次电子发射多代模型自研程序，以平整表面情况作为表面形貌输入，输入对应材料种类，将上述计算得到的材料功函数输入至材料的功函数，得到微米尺度上材料表面的二次电子发射系数模拟值；可与实际光滑材料样片表面的二次电子发射系数测量值进行比对验证；
(4)在毫米至厘米尺度上，针对简单平板结构器件将材料表面的二次电子发射系数模拟值输入到粒子模拟软件电子发射模块中进行微放电阈值模拟计算；或将材料表面的二次电子发射系数模拟值按照统计理论进行拟合，根据所得一组参数计算阈值；
(5)绘制器件结构的微放电敏感区域曲线；
以上实现了器件基底材料多尺度关联分析的全过程，然后，针对表面镀膜工艺处理的复合材料结构进行针对器件微放电抑制的多尺度关联分析：
(6)根据金属和镀膜材料的晶格常数、键角、空间群参数建立各自的晶胞结构模型；对金属材料切晶胞得到所需晶面，将镀膜材料与基底材料进行晶胞适配，建立复合结构的晶胞模型；
(7)采用第一性原理计算软件对上述复合结构的晶胞模型进行弛豫，并进行非自洽计算，得到真空能级和费米能级，计算得到功函数、光学能量损失谱；
(8)采用基于蒙特卡洛方法的双层材料二次电子发射多代模型程序，以表面粗糙度情况作为表面形貌输入，以基底材料和表层膜材料作为输入材料种类，将上述计算得到的复合材料功函数输入至程序中表层膜的功函数，得到表面的二次电子发射系数模拟值；可与实际镀膜工艺表面样片二次电子发射系数测量值进行比对验证；
(9)针对简单平板结构器件，将上述表面的二次电子发射系数模拟值输入到粒子模拟软件电子发射模块中进行微放电阈值模拟计算；或将其按照微放电抑制统计理论进行拟合，根据所得一组参数计算阈值；
(10)绘制器件结构的微放电敏感区域曲线。
2.根据权利要求1所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，步骤(1)中建立晶胞结构模型的具体方法如下：在建立单一金属材料的晶胞结构模型时，先从材料数据库中下载标准晶胞.cif文件，用VESTA软件打开文件并将晶胞结构坐标保存为POSCAR文件；然后调用VASP软件中ASE模块进行金属晶面切割，得到金属晶面晶胞结构。
3.根据权利要求1所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，步骤(2)和(7)中本多尺度关联分析方法中涉及的第一性原理计算方法具体说明如下：在原子至纳米尺度上，进行第一性原理计算采用VASP软件计算得到功函数、光学能量损失谱；功函数的具体计算方法：弛豫后设置INCAR输入文件中的功函数计算标签，进行非自洽计算，得到真空电势分布，读取材料真空能级Evacuum和费米能级Efermi，计算得到功函数的值等于真空能级减去费米能级的差值，即Ew＝Evacuum-Efermi。
4.根据权利要求1所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，步骤(3)中微米尺度上的二次电子发射系数蒙特卡洛模拟采用的程序为复杂表面二次电子发射多代模型程序。
5.根据权利要求1所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，步骤(4)中在毫米至厘米尺度上的微放电阈值计算方法说明如下：根据结构复杂程度采用微放电抑制统计理论或者粒子模拟两种方法，针对简单平板结构和同轴结构采用微放电抑制统计理论，首先进行Vaughan模型分段函数参数拟合来根据统计理论计算微放电敏感区域曲线，然后通过曲线来分析微放电阈值的抑制情况；针对复杂结构器件，采用三维粒子模拟软件建立器件结构并将微米尺度上的二次电子发射系数蒙特卡洛模拟值设置为电子发射模型的参数，进行粒子模拟得到最终的阈值分析。
6.根据权利要求1所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，步骤(6)中本多尺度关联分析方法中在建立抑制工艺处理的复合结构晶胞模型时涉及到两种材料晶胞复合的晶格适配方法，针对复合结构晶胞适配问题处理方法如下：根据各自晶格常数计算最小公倍数，依据各自晶格常数与该最小公倍数的比例关系适当扩建超胞，并对与该比例关系的微小误差进行晶胞坐标平均化适配来确保结构能够得以顺利弛豫。
7.根据权利要求1所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，步骤(8)中复合材料微米尺度上的表面二次电子发射系数蒙特卡洛模拟采用的程序为多层材料复杂表面二次电子发射多代模型程序。
8.根据权利要求1所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，判定是否有抑制效果的分析方法及反向选材指导方法步骤如下：
(1)对比单一金属和复合膜层结构在微米尺度上的二次电子发射系数蒙卡模拟值，如后者模拟值较小，则说明该复合膜层结构的处理工艺对表面二次电子发射具有抑制效果；反之，则不具有抑制效果；
(2)对比单一金属和复合膜层结构在毫米至厘米尺度即器件层面上的阈值模拟结果，来直接得到是否有器件微放电抑制效果的结论。
9.根据权利要求8所述的一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法，其特征在于，步骤(2)中的对比微放电抑制效果包括两种方式：若采用粒子模拟来进行微放电阈值的计算，则直接对比单一金属和复合膜层表面两者对应的器件微放电阈值即可，此时如后者较小，则说明该复合膜层的处理工艺对器件微放电具有抑制效果；反之，则不具有抑制效果，若采用统计理论来进行微放电敏感区域曲线计算，则读取敏感曲线中结构参数下的微放电第一阈值和第二阈值，此时如果复合膜层结构的微放电敏感区域较小，则其第一阈值较大第二阈值较小，则说明该复合膜层的处理工艺使得器件不容易发生微放电，即对器件微放电具有抑制效果；反之，则不具有抑制效果。
CN202110201212.6A 2021-02-23 2021-02-23 一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法 Active CN112836421B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110201212.6A CN112836421B (zh) 2021-02-23 2021-02-23 一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110201212.6A CN112836421B (zh) 2021-02-23 2021-02-23 一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112836421A CN112836421A (zh) 2021-05-25
CN112836421B true CN112836421B (zh) 2022-10-25

Family

ID=75932934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110201212.6A Active CN112836421B (zh) 2021-02-23 2021-02-23 一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112836421B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113657015B (zh) * 2021-08-13 2023-12-05 湖北工业大学 一种基于多层静电势参数的sf6替代气体挑选方法
CN114969999B (zh) * 2022-03-23 2024-07-12 武汉大学 梯度复合晶格结构的设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104646832A (zh) * 2015-01-23 2015-05-27 中国航天时代电子公司 一种抑制二次电子发射的微波器件表面加工装置及方法
CN107368642A (zh) * 2017-07-13 2017-11-21 武汉大学 金属增材制造多尺度多物理场耦合仿真方法
CN110414053A (zh) * 2019-06-27 2019-11-05 西安空间无线电技术研究所 一种快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7623004B2 (en) * 2006-09-13 2009-11-24 Dieter Wolk Method and structure for inhibiting multipactor
US8970329B2 (en) * 2011-08-04 2015-03-03 Nokomis, Inc. Component having a multipactor-inhibiting carbon nanofilm thereon, apparatus including the component, and methods of manufacturing and using the component
US10402520B2 (en) * 2013-09-26 2019-09-03 Synopsys, Inc. First principles design automation tool

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104646832A (zh) * 2015-01-23 2015-05-27 中国航天时代电子公司 一种抑制二次电子发射的微波器件表面加工装置及方法
CN107368642A (zh) * 2017-07-13 2017-11-21 武汉大学 金属增材制造多尺度多物理场耦合仿真方法
CN110414053A (zh) * 2019-06-27 2019-11-05 西安空间无线电技术研究所 一种快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Low Secondary Electron Yield Materials For Space Applications Based on Ab Initio Computation;Min Peng等;《2019 International Vacuum Electronics Conference (IVEC)》;20190627;第1-2页 *
Nanostructured Coatings of Low-Secondary Electron Emission to Avoid Multipactor Discharge in High-Power Microwave Devices;Leandro Olano等;《2019 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP)》;20191024;第97-99页 *
多尺度材料模型研究及应用;郭雅芳等;《材料导报》;20040731(第07期);第9-11,8页 *
微米量级表面结构形貌特性对二次电子发射抑制的优化;胡晶等;《物理学报》;20180827(第17期);第293-304页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112836421A (zh) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112836421B (zh) 一种针对器件微放电抑制的多尺度关联分析方法
Huerta et al. View factor modeling of sputter-deposition on micron-scale-architectured surfaces exposed to plasma
Graves et al. Influence of modeling and simulation on the maturation of plasma technology: Feature evolution and reactor design
Li et al. An investigation of electromagnetic interference shielding effectiveness with multilayer thin films material
Antony et al. Total and ionization cross sections of electron scattering by fluorocarbons
Kumar et al. Surface engineering of Pt thin films by low energy heavy ion irradiation
Danilov et al. Random sequential simulation of the resulting surface roughness in plasma electrolytic polishing of stainless steel
Brown et al. Carbon-oxygen surface formation enhances secondary electron yield in Cu, Ag and Au
Udalagama et al. Stochastic spatial energy deposition profiles for MeV protons and keV electrons
Bera et al. Effects of design and operating variables on process characteristics in a methane discharge: a numerical study
Suzuki et al. A conservative scheme for the relativistic Vlasov–Maxwell system
Li et al. More efficient and accurate simulations of primary radiation damage in materials with nanosized microstructural features or ion beams
Matyash et al. Finite size effects on charging in dusty plasmas
Taghinejad et al. Molecular dynamics simulations of Ar+ bombardment of Fe (0, 0, 1),(1, 0, 1), and (1, 1, 1) surfaces: Study of threshold energy and angular characteristics of sputtering
CN113779793A (zh) 一种基于射线追踪的激光选区熔化的热源建模方法
Fukuyama et al. Analysis of the double-ion plasma in the extraction region in hydrogen negative ion sources
Peng et al. Multi-scale Correlated Analysis with Material Surface Treatment for Multipactor Suppression of Space Microwave Devices
Vasil’ev et al. Modeling the growth of thin-film surfaces
Yao et al. Secondary electron yields from thermalsprayed metal surfaces and Monte Carlo simulation of SEY from rough surfaces
Veitzer et al. Advances in Particle-In-Cell Modeling of Low-Temperature Plasma Ion Sources
Matyash et al. Application of a Grid‐Free Kinetic Model to the Collisionless Sheath
Li et al. A Boltzmann Transport Equation Model for Substrate Damage During Focused Helium Ion Beam Fabrication of Nanostructures
Peiyu et al. Hybrid domain multipactor prediction algorithm and its CUDA parallel implementation
Xuan et al. Multiscale simulation of physical vapor deposition
Averkin et al. Global model of a negative hydrogen ion source with caesiated plasma grid

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant