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第一章 带电粒子在真空中的运动 1

1.1 电子的基本性质 1

1.1.1 电子的质量和电荷量 1

1.1.2 电子的波动本质 2

1.2 电子在均匀场中的运动 4

1.2.1 电子在均匀电场、磁场中的受力情况和运动方程 4

1.2.2 电子在静电场中的能量关系 4

1.2.3 电子在均匀电场中的运动 5

1.2.4 电子在均匀磁场中的运动 9

1.2.5 电子在复合场中的运动 13

1.3 电子在非均匀场中的运动 电子光学基础 17

1.3.1 电子在非均匀电场中的运动 电透镜概念 17

1.3.2 电子在非均匀磁场中的运动 磁透镜概念 27

1.3.3 四极透镜概念 31

1.3.4 电子光学像差概念 33

1.4 带电粒子在其它类型场中的运动 36

1.4.1 带电粒子在中心力场中的运动 36

1.4.2 带电粒子在高频电场中的运动[1] 39

1.5.1 电子显微镜[1][7] 42

1.5 带电粒子光学的应用 42

1.5.2 电子束器件 44

1.5.3 静电场谱仪[1][2] 45

1.5.4 磁场质谱仪[1][2] 47

1.5.5 回旋加速器[1][2] 48

1.6 电子辐射 49

1.6.1 自由电子辐射[1] 49

1.6.2 切伦柯夫辐射 50

参考书目 51

2.1.1 势阱中的电子 52

第二章 电子与离子发射 52

2.1 金属自由电子模型 52

2.1.2 金属中自由电子的统计分布 53

2.2 金属的表面势垒和逸出功 57

2.3 纯金属的热电子发射 61

2.4 热发射电子的初速 63

2.5 电场作用下热发射电流的流通规律 65

2.5.1 “理想”二极管的全伏安特性和极间电位分布 65

2.5.2 拒斥场下的阳极电流 67

2.5.3 加速场下的阳极电流——肖特基效应 68

2.5.4 空间电荷限制下的阳极电流——3/2次方定律 70

2.6 半导体的热电子发射——氧化物阴极 71

2.6.1 阴极的分解和激活机理 72

2.6.2 氧化物阴极发射的半导体模型 73

2.7 实用热阴极 74

2.8 金属的场致电子发射 78

2.8.1 金属场致发射现象及其定性解释 78

2.8.2 金属场致发射方程 80

2.8.3 温度对场致发射的影响——冷场致发射 82

2.8.4 场致发射电子的能量分布 84

2.8.5 金属场致发射的实验研究 86

2.8.6 热场致发射 90

2.9 半导体的场致电子发射 91

2.10 钼锥阵列场致发射阴极 94

2.11 场致离子发射 96

2.11.1 气体的场致电离 96

2.11.2 场致蒸发 98

2.11.3 液态金属场致电离[24][25] 100

2.12 场致发射在材料科学中的应用举例 101

2.12.1 场致发射电子枪 101

2.12.2 场电子显微镜(FEM)[23] 102

2.12.3 场离子显微镜(FIM)[23] 103

2.13 金属的光电子发射 105

2.13.1 金属光电子发射的基本特性 106

2.13.2 金属的光电子发射理论 108

2.14 半导体的光电子发射 111

2.14.1 半导体光电子发射的物理过程 111

2.14.2 负电子亲和势(NEA)光电发射体 117

2.15 实用光电阴极 119

参考书目 123

3.1.1 粒子间碰撞的基本概念和规律 125

第三章 气体放电和等离子体 125

3.1 气相碰撞过程 125

3.1.2 激发和电离 128

3.1.3 碰撞截面 131

3.1.4 第一类非弹性碰撞 134

3.1.5 第二类非弹性碰撞 136

3.1.6 光致激发与光致电离 137

3.1.7 热电离与热激发 138

3.1.8 X射线及核辐射引起的电离和剩余电离 139

3.1.9 其他碰撞过程 141

3.1.10 复合 143

3.2 带电粒子在气体中的运动 145

3.2.1 带电粒子在气体中的热运动 145

3.2.2 带电粒子在气体中的迁移运动 147

3.2.3 带电粒子在气体中的扩散运动 154

3.3 电子繁流理论和气体的击穿现象 159

3.3.1 气体放电的伏安特性 159

3.3.2 电子繁流理论 161

3.3.3 气体的击穿和帕邢定律 166

3.3.4 罗果夫斯基的空间电荷理论 170

3.4 辉光放电 172

3.4.1 正常辉光放电的光区分布及定性分析 173

3.4.2 辉光放电阴极位降区 175

3.4.3 辉光放电的正柱区 179

3.4.4 反常辉光放电及阴极溅射 181

3.4.5 空心阴极放电 183

3.5 弧光放电 184

3.5.1 弧光放电的阴极发射机理 185

3.5.2 弧光放电的伏安特性 188

3.5.3 弧光放电的正柱区 189

3.6.1 等离子体及其分类 192

3.6 等离子体的基本特性 192

3.6.2 等离子体的电中性和德拜长度 194

3.6.3 等离子体振荡及频率 196

3.6.4 等离子体鞘层 198

3.6.5 等离子体的磁约束 200

3.6.6 等离子体的辐射 201

3.7 等离子体离子源 204

3.7.1 离子源的主要用途、要求和分类 204

3.7.2 从等离子体中引出离子束 207

3.7.3 冷阴极潘宁离子源 209

3.7.4 双等离子体离子源 210

3.8 真空击穿 213

3.8.1 真空中的预击穿过程 214

3.8.2 击穿过程及其机理 219

3.8.3 影响真空绝缘的因素 221

参考书目 223

第四章 电子、离子、电磁辐射与固体表面的相互作用 225

4.1 电子在固体表面的散射 225

4.1.1 电子与固体表面相互作用的物理图像 225

4.1.2 电子在固体表面的散射截面 226

4.1.3 电子在散射过程中的能量损失 234

4.2 次级电子发射 236

4.2.1 次级电子能量分布曲线 237

4.2.2 次级电子发射系数 238

4.2.3 实用次级电子发射体 242

4.3 俄歇电子与特征X射线 245

4.3.1 原子结构 245

4.3.2 俄歇电子发射 247

4.3.3 特征X射线 253

4.4 电子衍射 256

4.4.1 衍射原理 257

4.4.2 衍射图形分析 259

4.4.3 低能电子衍射仪 264

4.5 离子与固体表面的相互作用 265

4.5.1 离子与固体表面相互作用的物理图像 265

4.5.2 离子背散射 267

4.5.3 离子注入 271

4.5.4 离子激发的电子发射 272

4.5.5 离子激发的光子发射 275

4.6.1 溅射现象的基本特征 277

4.6 表面溅射及次级离子发射 277

4.6.2 溅射机理 281

4.6.3 溅射过程对固体表面状态的影响 282

4.6.4 次级离子发射的实验规律 284

4.6.5 次级离子发射的理论模型 288

4.6.6 次级离子质谱仪 289

4.7 光电子能谱 290

4.7.1 光电子能谱的基本原理 290

4.7.2 X射线光电子能谱(XPS) 294

4.7.3 紫外光电子能谱(UPS) 298

4.8 半导体的内光电效应 299

4.8.1 光电导 300

4.8.2 光生伏特效应 305

4.9 电子束激发及光致荧光质发光 310

4.9.1 荧光体的结构特征 310

4.9.2 荧光质发光的主要参数 311

4.9.3 荧光质发光过程 312

4.9.4 荧光质发光的衰减过程 313

4.9.5 荧光质的中毒、疲劳和灼伤 315

4.9.6 实用荧光材料 316

参考书目 318