金属羰基前驱体电子碰撞散射截面的理论计算及其在FEBID纳米加工中的应用价值

本文采用球形复光学势（SCOP）和复散射势-电离贡献（CSP-ic）方法，系统计算了Ni(CO)4与Fe(CO)5在12–5000 eV能区的电子碰撞散射截面（含弹性、非弹性、电离及动量转移截面），为聚焦电子束诱导沉积（FEBID）技术中前驱体分解机制建模提供了关键数据支撑，对优化纳米器件加工纯度具有重要指导意义。

　　

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Theoretical methodology

本研究采用球形复光学势（SCOP）形式计算积分电子散射截面，包括弹性（Q_el）、非弹性（Q_inel）、总（Q_tot）和动量转移（Q_mtcs）截面，并利用复散射势-电离贡献（CSP-ic）方法计算羰基前驱体Ni(CO)₄和Fe(CO)₅的电离截面（Q_ion）。我们结合修正叠加规则（MAR）与独立原子模型（IAM），通过分子极化势与交换关联势构建光学势，最终通过部分波展开法求解散射振幅。电离截面则通过能损函数与广义振荡器强度模型导出，确保在宽能区内保持计算一致性。

Results and discussion

本节展示了Ni(CO)₄和Fe(CO)₅在12–5000 eV能区的电子散射截面计算结果。由于现有数据匮乏，我们以先前工作中W(CO)₆的截面数据作为定性参照。弹性截面随能量升高呈指数衰减，在低能区（<100 eV）受分子几何与势场分布影响显著；电离截面在电离阈值附近急剧上升，于70–100 eV达到峰值后缓慢下降，与次级电子引发的分解机制高度相关。动量转移截面在中间能区（200–500 eV）出现平台效应，提示电子能量沉积效率与分子振动激发存在耦合。对比显示，Fe(CO)₅的总截面普遍高于Ni(CO)₄，可能与铁原子更高的原子序数及轨道复杂度有关。

Conclusions

电子-分子相互作用的理解对表面化学、纳米加工及辐射环境建模至关重要。本研究通过SCOP与CSP-ic方法计算了Ni(CO)₄和Fe(CO)₅在12–5000 eV能区的散射截面，为FEBID工艺中初级电子、背散射电子及次级电子的协同作用提供了量化依据。总截面数据显示金属羰基化合物在低能区具有较高的电子捕获效率，这或许能解释其在电子束诱导下易分解的特性。未来工作可拓展至其他羰基衍生物或改性配体体系，以推动高纯度纳米结构沉积的理性设计。