一种MgO及掺杂MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法技术

一种MgO及掺杂MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法，属于材料性能预测技术领域。基于第一性原理的密度泛函理论，通过计算MgO不同晶面取向和不同浓度的掺杂对体系表面能、功函数、禁带宽度以及电导率的影响来预测材料的次级电子性能。第一性原理计算表明，MgO的(111)晶面具有最大的表面能，最小的功函数，可预测具有(111)晶面取向或(111)晶面占优的MgO晶体具有相对较好的次级发射性能；对于掺杂的MgO，计算结果表明掺杂后各晶面的功函数均有所减小，同时随着掺杂浓度的增大，禁带宽度呈线性降低趋势，从而减小电子从价带跃迁到导带的能垒，有利于次级发射性能的提高。有利于次级发射性能的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种MgO及掺杂MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器、等离子平板显示器等真空电子器件领域，特别涉及一种MgO及掺杂MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法。

技术介绍

[0002]MgO是一种具有NaCl型立方晶体结构的绝缘体材料，具有良好的化学惰性、高温稳定性、良好的导热性、光学性能和较高的次级电子发射系数，现已经广泛应用于光电倍增管中的电子倍增器、平板荧光灯、等离子平板显示器、质谱仪等真空电子器件中作为介质保护层和次级发射功能层。电子倍增器工作过程时，电子轰击打拿极表面的MgO，产生二次电子，并在电场作用下加速轰击下一级打拿极，又激发出更多的二次电子。MgO薄膜的二次发射系数越高，电子倍增器的增益效应就越好。理想的MgO晶体的最大次级发射系数可高达15～20，但MgO薄膜的次级发射系数受制备方法、表面粗糙度、结晶度、薄膜厚度影响而差异较大。纯MgO薄膜的次级发射系数仍待提高，尤其是离子激励等离子显示器中的MgO介质功能薄膜，且存在易受离子轰击性能变差、寿命较短等问题。研究表明，通过掺杂其他钠、钛、铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法，其特征在于，基于第一性原理的密度泛函理论，分析MgO的不同晶面取向，通过计算MgO不同晶面的表面能和功函数预测薄膜材料次级电子发射性能。2.按照权利要求1所述的一种MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法，其特征在于，计算过程主要包括：首先构建MgO不同晶面的表面结构模型，然后进行结构优化，获得稳定结构后，进行相关电子结构特性计算，计算过程中Mg、O、原子参与计算的电子构型为：[Mg]2p63s2、[O]2s22p4。3.按照权利要求1所述的一种MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法，其特征在于，MgO不同晶面的表面结构模型的构建方法是：首先构建MgO晶胞，根据理想MgO晶胞立方晶系结构，及其隶属于的FM3M空间群，选取晶格常数a＝b＝c＝4.21nm,α＝β＝γ＝90
°
,利用Materials Studio建立具有立方对称性的MgO结构，半径大的O2‑
作面心立方紧密堆积，形成n个八面体空隙和2n个四面体空隙，Mg
2+
填入全部的八面体空隙中，看起来像是两个分别由Mg
2+
和O2‑
组成的面心立方结构，边长相互穿插形成的MgO结构；然后对构建好的MgO晶胞进行切面，建立具有n层的MgO表面结构模型，n是自然数，优选n＝8，形成三维周期结构，设置厚度为10
‑
20nm的真空层。4.按照权利要求1所述的一种MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法，其特征在于，在计算中所用的晶格常数为一致认可的实验值，电子与电子间的作用力均采用LDA进行校正，平面波的截断能E
out
＝450eV，迭代收敛精度为1.0
×
10
‑9eV，原子间相互作用力不大于0.001eV/nm，原子的最大位移为0.05nm。使用Monkhorst Pack型K点处理布里渊区积分。5.按照权利要求1所述的一种MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法，其特征在于，MgO不同晶面的表面结构研究的结构参数的变化包括：各个晶面的表面能、功函数，分析得出晶面指数、表面能、功函数三者之间的关系，并以此判断MgO不同晶面的次级发射性能优劣，预测MgO中具有最佳次级发射性能的晶面。6.一种掺杂MgO薄膜材料次级电子发射性能的预测方法，其特征在于，基于第一性原理的密度泛函理论，通过第一性原理投影增强波赝势技术，计算不同掺杂浓度的MgO体系的功函数和态密度的变化，对比预测判断其次级发射性能。7.按照权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周帆，王蕊，王金淑，杨韵斐，高俊妍，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：