卢瑟福背散射谱法

卢瑟福背散射(RBS)在材料表征中的应用

1、运动学因子运动学因子K
定性分析的质量分辨率定性分析的质量分辨率： K称为运动学因子
动力学因子K在入射角度为180o时与靶原子质量的关系（入射离子为粒子）。
从右图中可以看出，随着靶的原子质量的增加，dK/dMr逐渐减小。这说明，利用RBS测定轻元素时，其质量分辨率高；测定重元素时，其质量分辨率低。（注意：探测器的能量分辨率，动力学因子都对质量分辨率有影响）。
W.K. Zhu, J.W. Mayer and M.A. Nicolet, Backscattering Spectrometry, Academic Press, 1978.
卢瑟福背散射能谱分析
RBS分析的优点： 1、提供深度信息。可以提供成分和深度的信息。一般的深度分析分辨率为 150 Å左右；比较精细的分析包括细致的样品和探测器准直可以达到 50 Å的分辨率 Å的分辨率。 2、比较适合于薄膜分析。RBS对于薄膜分析非常有用，可以程序化地分析厚度在微米纳米级的薄膜地分析厚度在微米－纳米级的薄膜。 3、快速分析。一般情况下，RBS分析可以在10分钟左右完成。 4、高灵敏度。RBS 对于重元素非常敏感，可以精确测定单层薄膜的信息；对于轻元素敏感度差一些。 5、计算简单。RBS能谱比较容易解释。目前各种计算和模拟软件都比较成熟。如：RUMP、Simnra等等。较成熟如等等
J.W. J W Mayer and E E. Rimini ed., ed Ion Beam Handbook for Materials Analysis, Academic Press, 1977.
4、阻止截面阻止截面
能量损失dE/dx随着靶的元素组成和密度变化而变化，因而对于具体的靶难以查到其dE/dx值。为此引入了阻止截面的概念。 dE/dx包括了高速的入射离子穿过其路径上原子的电子云时的能量损失，以及在路径上与靶的原子核发生大量小角度碰撞时的能量损失所以 d /d 及在路径上与靶的原子核发生大量小角度碰撞时的能量损失。所以，dE/dx 可以看作是入射离子通过其路径上的靶原子时所可能发生的全部能量损失过程的一种平均值。也可以解释为暴露于离子束之下的每个靶原子独立贡献的共同结果。献的共同结果假设靶的厚度为x，靶原子密度为N，则在此x厚度中损失的能量E正比于将其数： Nx，将其比例系数定义为阻止截面

RBS卢瑟福背散射-实验报告

实验报告卢瑟福背散射分析（RBS实验姓名：学号：院系：物理学系实验报告一、实验名称卢瑟福背散射分析（RBS实验二、实验目的1、了解RBS实验原理、仪器工作结构及应用；2、通过对选定的样品的实验，初步掌握RBS实验方法及谱图分析;3、学习背散射实验的操作方法。

三、RBS实验装置主要包括四个部分：1、一定能量离子束的的产生装置----加速器2、离子散射和探测的地方----靶室3、背散射离子的探测和能量分析装置4、放射源RBS图1背散射分析设备示意图1•离子源 2.加速器主体3•聚焦系统 4.磁分析器5•光栅6.靶室7•样品8.真空泵9.探测器10.前置放大器11.主放大器12.多道分析器13.输出四、实验原理当一束具有一定能量的离子入射到靶物质时，大部分离子沿入射方向穿透进去，并与靶原子电子碰撞逐渐损失其能量，只有离子束中极小部分离子与靶原子核发生大角度库仑散射而离开原来的入射方向。

入射离子与靶原子核之间的大角度库仑散射称为卢瑟福背散射（记为RBS。

用探测器对这些背散射粒子进行侧量，能获得有关靶原子的质量、含量和深度分布等信息。

入射离子与靶原子碰撞的运动学因子、散射截面和能量损失因子是背散射分析中的三个主要参数。

1、运动因子K 和质量分辨率 1）运动学因子K当一定能量（对应于一定速度）的离子射到靶上时，入射离子和靶原子发生弹性碰撞，人射离子的部分能量传给了被撞的靶原子，它本身则被散射，散射的方向随一些参量而变化, 如图2（质心坐标系）所示•设Z i , Z 2分别为入射离子及靶原子的原子序数，m 、 M 分别为它们的原子质量，e 为单位电子电荷量，V o 为入射离子的速度，b 为碰撞参量或瞄准距离（即入射轨迹延伸线与靶原子核的距离），x 为散射角•由分析力学可以推导出。

,即存在着大角度的被反弹回来的离子，如图3所示。

RBS 分析中正是这种离子，所人射离于* ff< □~~-图2弹性散射（质心坐标系）图3是实验室坐标系的背散射示意图撞后为v i 和V 2,散射角为0o 可以证明，在 m<W 的条件下，B~,x 即实际上存在着被反向散射的离子。

课堂六_卢瑟福背散射_280505226

1、运动学因子K
定性分析的质量分辨率： K称为运动学因子
动力学因子K在入射角度为180o时与靶原子质量的关系（入射离子为α粒子）。
从右图中可以看出，随着靶的原子质量的增加，dK/dMr逐渐减小。这说明，利用 RBS测定轻元素时，其质量分辨率高；测定重元素时，其质量分辨率低。（注意：探测器的能量分辨率，动力学因子都对质量分辨率有影响）。
J.W. Mayer and E. Rimini ed., Ion Beam Handbook for Materials Analysis, Academic Press, 1977.
4、阻止截面ε
能量损失dE/dx随着靶的元素组成和密度变化而而变化，因而而对于具体的靶难以查到其dE/dx值。为此引入入了阻止止截面面ε的概念。 dE/dx包括了高高速的入入射离子子穿过其路径上原子子的电子子云时的能量损失，以及在路径上与靶的原子子核发生生大大量小小角角度碰撞时的能量损失。所以，dE/dx 可以看作是入入射离子子通过其路径上的靶原子子时所可能发生生的全部能量损失过程的一一种平均值。也可以解释为暴露于离子子束之下的每个靶原子子独立立贡献的共同结果。假设靶的厚度为Δx，靶原子子密度为N，则在此Δx厚度中损失的能量ΔE正比比于 NΔx，将其比比例系数定义为阻止止截面面ε：
卢瑟福背散射能谱分析
RBS分析设备包括离子源、加速装置、离子束筛选装置、聚焦装置、样品室、探测器等等。离子束产生后经过加速、筛选和聚焦后达到样品上被散射，经过探测器得到RBS能谱。
卢瑟福背散射能谱分析
RBS分析设备包括离子源、加速装置、离子束筛选装置、聚焦装置、样品室、探测器等等。离子束产生后经过加速、筛选和聚焦后达到样品上被散射，经过探测器得到RBS能谱。

卢瑟福背散射沟道分析技术

• 在入射路程中
E = E0 − ∫
x / cos θ 1 0
dE dx ( x ) dx in dE (x ) dx dx out
x / cos θ 2 dE dE dx ( x ) dx + ∫0 dx ( x ) dx in out
• [S ] 叫作能量损失因子
1 dE [S ] = cos θ1 dx 1 dE + cos θ 2 dx E out
E in
返回
质量分辨
• 在K因子的推导中曾得出这样一个结论：因子的推导中曾得出这样一个结论：因子的推导中曾得出这样一个结论
∆M
2
M 2 ∆ E1 ≈ M 1(4 − (π - θ)2 )E 0
• 采用重离子入射 • 采用倾角入射，即增大θ1 θ2 采用倾角入射，即增大
E
out

薄靶
• 下图为薄靶的背散射图
多元素薄靶 1200 800 400 0 300 320 340 360 道数 380 400 420
计数
厚靶
沟道技术
• 带电粒子沿单晶体的一定方向入射时，出现新的物理现象——离子的运动受到晶轴或晶面原子势的控制，相互作用的几率与入射方向和晶轴或晶面的夹角有很大关系。
2
2 2 M 1 sin θ + M 1 cos θ 1 − M M2 2 E1 K= = M1 E0 1+ M2 1

运动学因子— 运动学因子—质量分析
K = 1 − 2 M 1M 2 /( M 1 + M 2 ) (1 − cos θ c )

利用卢瑟福沟道背散射模拟研究合金与石英的辐照效应

利用卢瑟福沟道背散射模拟研究合金与石英的辐照效应利用卢瑟福沟道背散射模拟研究合金与石英的辐照效应引言：放射性材料的辐照效应一直是材料科学研究的重要课题之一，其在核工业、航天航空等领域具有重要意义。

合金和石英等材料在辐照过程中会发生结构变化，进而影响其物理和力学性质。

本文将利用卢瑟福沟道背散射模拟方法，研究合金和石英材料的辐照效应。

一、卢瑟福沟道背散射模拟方法简介卢瑟福沟道背散射模拟方法是一种常用的原子弹性碰撞模拟方法，它可以模拟粒子在晶体材料中的位置和运动。

该方法基于卢瑟福沟道背散射理论，通过计算粒子的能量沉积和损失情况，可以预测材料的辐照效应。

二、合金的辐照效应研究1. 实验设计选取常见的金属合金进行研究，包括钢铁、铝合金等。

将样品装置在卢瑟福沟道中，通过入射粒子，对合金进行辐照。

2. 模拟过程根据合金的成分和晶体结构，使用卢瑟福沟道背散射模拟方法，模拟粒子在合金中的散射过程。

通过计算粒子的能量沉积、散射角度、散射深度等参数，了解合金的辐照效应。

3. 结果分析对模拟得到的数据进行处理和分析，观察合金在辐照过程中的晶格结构变化、缺陷、断裂等情况。

进一步研究合金的机械性能和热稳定性的变化。

三、石英的辐照效应研究1. 实验设计选取石英作为研究对象，将样品装置在卢瑟福沟道中，进行辐照实验。

2. 模拟过程使用卢瑟福沟道背散射模拟方法，模拟粒子在石英中的散射过程。

计算粒子的散射角度、散射深度等参数，探究石英的辐照效应。

3. 结果分析对模拟数据进行分析，观察石英晶格在辐照过程中的变化。

研究辐照导致的断裂、缺陷和氧化等情况，进一步分析石英的光输运性质变化。

四、讨论与展望本文利用卢瑟福沟道背散射模拟方法，研究了合金和石英材料的辐照效应。

通过模拟数据分析，发现合金和石英在辐照过程中晶格结构发生变化，可能影响其力学和物理性质。

此外，辐照还会导致合金和石英的断裂、缺陷和氧化等现象。

这些研究结果为合金和石英在核工业、航天航空等领域的应用提供了理论依据。

卢瑟福背散射分析(RBS)

d d d
2.2.2 背散射微分截面—含量分析
• 探测系统的计数与平均截面的关系为：
N s N p N 0 dx
返回
2.2.3能损因子—深度分析
• 背散射中入射离子与靶物质的作用过程机制图：
2.2.3能损因子—深度分析
• 在入射路程中
E E0
x / cos1 0
– ΔE与x的关系是可化简为：
dE k 1 dE x x E x dx E0 cos1 dx kE0 cos 2
表面能近似
• 则在表面能近似下能损因子S定义如下：
k 1 dE dE x x S dx E0 cos1 dx kE0 cos 2
– 说明：表面能近似适用于薄靶，靶厚一般要小于10000埃，近似误差大概在5%左右（对于 alpha粒子）
数值积分法
• 该方法是建立在表面能近似的基础上的，对于厚靶，进行切片处理，对每一个薄片采用表面能近似，再进行积分，这样处理会提高精度，
– 例：2M alpha粒子入射到Si上，厚度8000埃

2
2.2.1 运动学因子—质量分析
• 令δ=π-θ， δ为一小量，且M2>>M1，则对K因子公式求M2的偏导数并化减得：
M 1 ( 4 2 ) E0 E1 k E0 2 M 2 M 2 M2
由上式得出要提高质量分辨率：
1.增大入射离子能量
2.利用大质量的入射离子
3.散射角尽可能大
返回
2.2.2 背散射微分截面—含量分析
• 卢瑟福散射截面公式为：（参见下式，详细推导参见褚圣麟《原子物理学》P12或王广厚《粒子同固体物质的相互作用》P8和P105）

卢瑟福背散

卢瑟福背散【摘要】卢瑟福背散射分析（RBS ）是一种对离子束进行分析的方法，其主要优点是能对材料表层的成分作纵向分析，并且无需材料的标准样品就能作定量分析。

本报告主要介绍了RBS 的分析原理、实验装置，并且对实验谱图和数据作了简单分析，重点是对实验谱图进行了能量刻度的标定以及计算薄膜的厚度。

【关键词】RBS 分析原理【引言】背散射分析就是在一束单能的质子、粒子或其他重离子束轰击固体表面时,通过探测卢瑟福背散射（库伦弹性散射、散射角大于90度）离子产额随能量的分布（能谱）确定样品中元素的种类（质量数）、含量及深度分布。

因此背散射分析通常被称为卢瑟福背散射谱学RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry).【实验原理】当比靶核轻的入射离子能量amu MeV E amu keV /1/100≤≤范围，靶原子核外电子对入射离子的屏蔽作用不大，且离子和靶原子核的短程相互作用（核力）影响也可以忽略时，离子在固体中沿直线运动，离子主要通过与电子相互作用而损失能量，直到与原子核发生库仑碰撞被散射后又沿直线回到表面。

这个过程就称为离子的背散射过程。

描述离子背散射过程的三个基本物理概念主要有两体弹性碰撞的运动学因子、微分散射截面、固体的阻止截面。

一．运动学因子和质量分辨率：运动学因子的定义：01E E K =其中0E 是入射粒子能量（动能），1E 是散射粒子能量（动能）。

根据动量与能量守恒定律，可以推导得到：212111⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==M mM m cos θM m sin θE E Ｋ (1-1)由运动学因子公式可以看出：当入射离子种类（m ），能量（0E ）和探测角度（θ）一定时，1E 与M 成单值函数关系。

所以，通过测量一定角度散射离子的能量就可以确定靶原子的质量数M 。

这就是背散射定性分析靶元素种类的基本原理。

卢瑟福背散射分析 Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS)

2.2 卢瑟福背散射分析的原理
RBS是利用带电粒子与靶核间的大角度库仑散射的能谱和产额确定样品中元素的质量数、含量及深度分布。该分析中有三个基本点，即：
运动学因子—质量分析背散射微分截面—含量分析能损因子—深度分析
2.3最佳实验条件的选取
• 由背散射的原理可导出最佳的实验条件：
– 质量分辨 – 含量分辨 – 深度分辨

2
2.2.1 运动学因子—质量分析
• 令δ=π-θ， δ为一小量，且M2>>M1，则对K因子公式求M2的偏导数并化减得：
M1 (4 2 ) E0 E1 k E0 2 M 2 M 2 M2
由上式得出要提高质量分辨率：
1.增大入射离子能量
2.利用大质量的入射离子
2.1 背散射研究的发展史
1909年，盖革（H. Geiger）和马斯顿（E. Marsden）观察到了α粒子散射实验现象 1911年，卢瑟福（Lord Ernest Rutherford）揭示了该现象，并确立了原子的核式结构模型 1957年，茹宾（Rubin）首次利用质子和氘束分析收集在滤膜上的烟尘粒子的成份 1967年，美国的测量员5号空间飞船发回月球表面土壤的背散射分析结果
2 1/ 2
d L 1 4 d 0
2
Z1 Z 2 e 2 E sin 2 L
2
2

2
2.2.2 背散射微分截面—含量分析
• 因为探测器所张的立体角是有限的，故取平均散射截面：（其定义式如下）
1
– ΔE与x的关系是可化简为：
dE k 1 dE x x E x dx E0 cos1 dx kE0 cos 2

卢瑟福背散射谱原理

卢瑟福背散射谱原理是根据卢瑟福散射实验的结果提出的。

卢瑟福散射实验是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福于20世纪初进行的一项重要实验，通过将α粒子从中射向一个金属薄片，观察射出的α粒子在薄片中的散射情况。

根据实验结果，卢瑟福提出了背散射谱原理。

该原理指出，当高速运动的实验粒子（例如α粒子）射入原子核或原子的电子云区域时，与核或电子云发生散射。

在背散射过程中，实验粒子在经过散射后以一个很小的角度向后散射。

这一现象可以通过实验粒子与原子核或电子云的相互作用力解释，通过测量背散射角度和能量可以获得有关原子核或电子云的结构和特性的信息。

卢瑟福背散射谱原理在研究原子核结构和原子物理中具有重要的应用价值，为后来量子力学的发展奠定了基础。

RBS

原子无规则排列
•沟道分析的应用 • 确定晶轴 • 研究晶格损伤 • 确定杂质原子的晶格位置
RBS分析中主要有四个基本概念： 1. 运动学因子：这是一个与两体弹性碰撞后散射离子所带能量相关的物理量，由被分析元素的质量决定。 2. 微分散射截面：素的原子序数和入射离子的种类及能量有关。 3. 能量损失：由于入射离子与物质的相互作用，离子进入靶中出射都要损失能量，这种能量损失与被分析元素所在深度及基体的性质有关。 4. 能量歧离：由于入射离子与靶原子的相互作用的统计性，造成背散射离子的能量歧离，它对被分析元素的质量分辨本领和深度分辨本领有影响。
卢瑟福背散射(RBS)分析
•基本原理
离子背散射分析主要在能量在几MeV以下的小型加速器上进行的，来自加速器的带电离子与靶原子发生弹性碰撞，用探测器记录被散射的离子的能谱，通过对能谱的分析可以得到靶中元素的质量、浓度和深度分布。
★入射离子与靶原子核之间的大角度库仑散射称为卢瑟福背散射（RBS）
•运动学因子
•微分散射截面
•能量损失
•背散射能谱分析
•卢瑟福背散射的应用
•背散射分析实验设计
弹性反冲探测（ERD）方法 ---轻元素分析
•ERD分析中的基本公式
•ERD分析的应用
•非卢瑟福散射
•沟道背散射分析
间隙原子
完美晶体，原子有序排列

rutherford散射公式及α粒子散射径迹是双曲线一分支的简明推证

rutherford散射公式及α粒子散射径迹是双曲线一分支的简明推证rutherford散射公式及α粒子散射径迹的研究对于了解原子结构的基本特征具有重要的意义。

本文将通过简明的推证，探讨rutherford散射公式及α粒子散射径迹是双曲线一分支的原因。

主体rutherford散射公式是描述α粒子在经过质子或原子核散射后偏转角度的公式。

其公式为：θ=2arctan(b/2d)其中，θ为偏转角度，b为散射中心与散射粒子的最近距离，d 为散射粒子与质子或原子核的距离。

我们可以将rutherford散射公式转化为直角坐标系中的方程，即：y=b/sqrt(1-(x/d)^2)其中，y为偏转角度，x为散射中心与散射粒子的距离。

我们可以将该方程进行简单的变形，得到：(x/d)^2+y^2=b^2/d^2该方程可以表示一个双曲线的一支，其顶点位于原点，焦点为散射中心。

而α粒子散射径迹也可以用类似的方式表示为一个双曲线的一支。

当α粒子经过原子核散射后，其散射径迹可以表示为：(x/d)^2-y^2=b^2/d^2该方程同样表示一个双曲线的一支，其顶点位于原点，焦点为散射中心。

结论通过以上的推导，我们可以发现rutherford散射公式及α粒子散射径迹都可以表示为一个双曲线的一支。

这是由于散射中心与散射粒子的距离在散射过程中是一个常数，因此它们的散射轨迹都可以表示为一个以散射中心为焦点的双曲线的一支。

结语通过本文的推导，我们可以更深入地理解rutherford散射公式及α粒子散射径迹的本质特征。

这有助于我们更好地理解原子结构的基本特征，为后续的相关研究提供了有力的理论支持。

卢瑟辐背散射谱：RBS

卢瑟辐背散射谱：RBS
一、 RBS 原理二、 RBS 设备三、RBS谱的分析
RBS 原理
l 具有较高能量而质量较小的离子在与物质碰撞的过程中会发生散射的现象，这一相应的过程被称为卢瑟福散射。
l 利用这一物理现象作为探测、分析薄膜材料化学成分和分布的方法，称为卢瑟福背散射技术
l 用高能He离子(2-5MeV)去轰击固体样品，He离子与固体原子发生散射，研究背散射He离子的强度随能量 (Channel)的分布
结果表明：散射后粒子的能量仅仅有粒子和靶原子的质量及散射角决定。若M1，E0和固定，则可以通过测量被散射回来的离子的能量E，求得参与散射的表面原子的质量M2。
探测器的探测角=170，这一实验设置正是背散射名字得由来。
上面考虑得时发生在薄膜表面时得情况，对于发生在薄膜内部的卢瑟福散射来讲，上述关系仍然成立。但是由于入射离子在通过物质时发生了连续的能量损耗，因而弹性碰撞发生时的能量已有所降低，同时经过散射的离子要再次通过物质体内，又要损失一部分能量，因此，薄膜中某一元素引起的卢瑟福背散射能量谱对应于一定的能量区间。
二、设备
核心部分是一台高能加速器。由离子源产生的各种离子通过加速、聚焦、质量筛选后入射到样品上。散射回来的离子经Si探测器转换为电压脉冲，再经过多道分析器记数之后，就得到卢瑟福背散射谱。
加速器
数据处理中心
l 当一束被加速到E0=2MeV的He+离子射向薄膜表ห้องสมุดไป่ตู้，由于离子能量高而质量小，因而它将具有一定的对物质的穿透能力，并且不会造成物质本身的溅射。在穿透物质的过程中，当离子的运动轨迹接近物质的原子核时，二者之间将发生经典的弹性碰撞过程：
l 弹性碰撞满足能量守衡和动量守衡

卢瑟福背散射分析

卢瑟福背散射分析（RBS）实验吴玉龙核科学与技术学院201121220011一、实验目的1.了解RBS分析原理，认识实验装置2.通过对选定的样品进行分析实验，初步掌握RBS分析方法，谱图分析及相关的应用二、实验装置RBS实验装置主要由四部分组成：1.加速器（一定能量离子束的的产生装置）2.靶室（离子散射和探测的地方）3.背散射离子的探测和能量分析装置4.放射源RBS三、实验原理背散射分析就是在一束单能的质子、(粒子或其他重离子束轰击固体表面时,通过探测卢瑟福背散射（弹性、散射角大于90度）离子的能量分布（能谱）和产额确定样品中元素的种类（质量数）、含量及深度分布。

当入射离子能量远大于靶中原子的结合能(约10ev量级)，并低于与靶原子发生核反应的能量(一般100kev<E<1Mev)时，离子在固体中沿直线运动，入射离子主要通过与电子相互作用而损失能量，直到与原子核发生库仑碰撞被散射后又沿直线回到表面。

在这个背散射过程中包含四个基本物理概念。

它们是：两体弹性碰撞的运动学因子K、微分散射截面、固体的阻止截面、能量歧离，这四个基本概念是背散射分析的理论基础和应用的出发点也是限制其应用的最终因素。

1）运动学因子和质量分辨率运动学因子K=E1/E0，其中E0是入射粒子能量，E1是散射粒子能量。

由于库仑散射是弹性散射，则根据动量守恒和能量守恒可得，22011cos sin 121⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==M m M m M m E E K θθ由运动学因子公式可以看出：当入射离子种类（m ），能量（E 0）和探测角度（θ）一定时，E 1与M 成单值函数关系。

所以，通过测量一定角度散射离子的能量就可以确定靶原子的质量数M 。

这就是背散射定性分析靶元素种类的基本原理。

质量分辨率ΔM 定义1011011()(−∆=∆•=∆•=∆dMdK E E E KE d dM E dE dM M RBS 的质量分辨率10)(−=dM dK E E M δδ，δE 是RBS 探测器系统的能量分辨率，也就是可分辨的背散射离子最小的能量差别。

卢瑟福背散射谱法
卢瑟福背散射谱法
英文名称：Rutherford back scattering spectroscopy 定义：以兆电子伏特级的高能氢元素离子通过针形电极(探针)以掠射方式射入试样，大部分离子由于试样原子核的库仑作用产生卢瑟福散射，改变了运动方向而形成背散射。

测量背散射离子的能量、数量，分析试样所含有元素、含量和晶格的方法。

卢瑟福背散射光谱(RBS)是一种离子散射技术,用于薄膜成份分析。

RBS在量化而不需要参考标准方面是独一无二的。

在RBS测量中，高能量(MeV)He+离子指向样品，这样给定角度下背向散射He离子产生的能量及分布情况被记录下来。

因为每种元素的背向散射截面已知，就有可能从RBS谱内获得定量深度剖析(薄膜要小于1毫米厚).
1、RBS分析的理想用途
薄膜组成成份/厚度
区域浓度测定
薄膜密度测的（已知厚度）
2、RBS分析的相关产业
航天航空国防显示器半导体通信
3、RBS分析的优势
非破坏性成分分析无标准定量分析整个晶圆分析（150, 200, 300 mm）以及非常规大样品导体和绝缘体分析氢元素测量
4、RBS分析的局限性
大面积分析（~2 mm）
有用信息局限于top ~1 μm。

rbs卢瑟福背散射光谱

rbs卢瑟福背散射光谱
RBS（Rutherford Backscattering Spectroscopy）是一种自然科
学中的研究技术，利用高能束流（例如离子束）与试样碰撞而产生的背散射来分析样品的物理和结构性质。

而RBS卢瑟福
背散射光谱则是一种利用RBS技术进行表面成分分析的方法。

RBS技术的原理是，在束流与样品碰撞过程中，离子束与样
品中原子核之间发生散射作用，散射角度与碰撞的原子核的质量和能量有关。

其中卢瑟福背散射是一种特殊的散射过程，背散射指的是入射粒子从样品背面发生散射，而不是穿透样品。

通过测量入射粒子的背散射角度和能量变化，可以得到样品中原子核的信息，如原子核的质量、浓度和分布等。

因此，RBS 卢瑟福背散射光谱可以用于研究样品的表面成分、薄膜厚度、晶体结构和晶格缺陷等信息。

RBS卢瑟福背散射光谱在材料科学、固态物理、核物理等领
域有广泛的应用，常用于研究材料薄膜、半导体器件、涂层材料等的成分分析和特性表征。

卢瑟福背散射(RBS)测量数据的拟合

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：卢瑟福背散射（RBS)测量数据的拟合学院：理学院专业：电子科学与技术班级：电技071学号：************学生姓名：***指导教师：***2011年 6 月14 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人呈交和毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：日期：目录摘要 (III)Abstract (IV)第一章绪论 (1)1.1 卢瑟福散射实验的简介 (1)1.2 卢瑟福散射实验的原理 (1)1.2.1库仑散射偏转角公式 (1)1.2.2卢瑟福散射公式 (3)1.3 卢瑟福散射实验的验证方法 (5)1.4 卢瑟福散射实验的装置 (6)1.4.1 散射真空室的结构 (6)1.4.2 电子学系统结构 (6)1.4.3 步进电机及其控制系统 (7)第二章卢瑟福背散射分析介绍 (8)2.1 卢瑟福背散射概述 (8)2.2 卢瑟福背散射基本原理 (9)2.2.1 运动学关系 (9)2.2.2 能量损失 (11)2.2.3 散射截面 (12)2.2.4 质量分辨率 (14)2.2.5 深度分辨率 (16)2.2.6 分析灵敏度 (16)2.2.7 背散射产额和能谱 (17)2.3 卢瑟福背散射（RBS）实验设备 (18)2.3.1 真空系统与靶室 (19)2.3.2 数据获取系统 (20)2.4 卢瑟福背散射（RBS）数据处理 (21)2.5 卢瑟福背散射（RBS）最佳试验条件选择和样品要求 (22)2.5.1 卢瑟福背散射（RBS）最佳试验条件选择 (22)2.5.2 卢瑟福背散射（RBS）样品要求 (23)第三章卢瑟福背散射的应用及拟合 (24)3.1 卢瑟福背散射应用的简介 (24)3.2 薄膜分析 (24)3.2.1 厚度测定 (24)3.2.2 组分分析 (26)3.2.3 薄膜反应、界面原子迁移 (27)3.3 杂质分析 (27)3.3.1 表面杂质浓度分析 (27)3.3.2 离子注入杂质层分析 (28)3.4 在其他方面的应用 (29)3.4.1 离子能量损失和能量歧离测量 (29)3.4.2 与沟道技术配合，研究单晶样品 (29)第四章卢瑟福背散射的发展 (30)4.1 用重离子弹性反冲轻质元素 (30)4.2 高能量入射离子的非卢瑟福散射 (30)4.3 杂质原子精确定位的沟道技术 (30)第五章结语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)卢瑟福背散射（RBS)测量数据的拟合摘要本文对卢瑟福背散射分析的基本原理作了概要的介绍。

卢瑟福背散射分析

题目：元素深度分布的卢瑟福背散射(RBS)分析元素深度分布的卢瑟福背散射(RBS)分析摘要卢瑟福背散射（RBS）分析是一种应用非常广泛的离子束分析技术。

1. 前言卢瑟福背散射分析是固体表面层和薄膜的简便、定量、可靠、非破坏性分析方法,是诸多的离子束分析技术中应用最为广泛的一种微分析技术。

其理论基础是在Rutherford、Gerger和Marsden发现了新原子模型（1909-1913）以后的一些年份里逐渐形成的。

在早期的应用中，背散射分析技术主要是用在一些与原子核有关的研究中，一般是通过分析背散射离子束来检测靶的玷污。

1967年背散射技术首次成功的应用于月球土壤成分分析，这是在非核领域第一个公开发表的实际应用例子。

发展至今，背散射技术已经成为一种十分成熟的离子分析技术。

它具有方法简单、可靠、快速（一般只需要30分钟）、无需标准样品就能得到定量分析结果、不必破坏样品宏观结构就能得到深度分布信息等独特优点。

背散射分析技术在固体物理、表面物理、材料科学、微电子学等领域得到广泛应用。

它是分析薄膜界面特性、固体表面层元素成分、杂质含量和元素深度分布以及化合物的化学配比不可缺少的分析手段。

此外，背散射分析与其他核核分析方法组合应用于同一样品，能获得更多的信息。

我国自七十年代起开始这方面的研究。

随着不断发展，背散射分析技术的应用范围也在不断的扩大。

例如，在考古领域，背散射分析可以研究一些大气中对环境不利的因素。

T.Huthwelker等提高利用卢瑟福背散射分析来研究大气浮质中痕量酸性气体（如HCl，HBr，SO2）的相互作用，这种相互作用与全球变暖、臭氧层耗损、酸雨等环境污染问题有很大的关系。

Ulrich K.Krieger等曾利用卢瑟福背散射测量易发挥物质在近表面层区的元素分布。

背散射分析技术分析速度快，能得出表面下不同种类原子的深度分布，并能进行定量分析。

结合沟道效应还能研究单晶样品的晶体完美性。

但它的深度分辨率不够高（一般为100～200埃），因而不能对最表面的原子层进行研究。

卢瑟福背散射谱

卢瑟福背散射谱，简称背散射分析，是一种谱学分析技术，用于样品中元素的定性、定量和深度分布分析。

这种技术的理论基础是快速运动的入射离子受静止的靶原子核的库仑排斥作用而发生散射。

通过对散射离子能量的测量，可以确定靶原子的质量；通过对散射产额的测量，可以定量地确定靶原子的含量；通过对散射离子的能谱测量，可以确定靶原子的深度分布。

背散射谱分析方法主要用于：
1. 定性分析：通过测量不同元素的背散射谱，可以确定样品中存在的元素种类。

因为不同元素的原子核大小、电荷数和原子序数都不同，这些因素会影响背散射谱的形状和能量分布，因此通过比对标准谱库，可以确定样品中存在的元素种类。

2. 定量分析：通过测量背散射谱的强度，可以确定样品中各元素的含量。

因为背散射谱的强度与元素的原子序数和密度有关，因此通过比对标准样品，可以计算出各元素的含量。

3. 深度分布分析：通过测量不同能量的背散射谱，可以确定样品中元素的深度分布。

因为不同能量的背散射谱对应于不同深度的元素分布，因此通过测量一系列不同能量的背散射谱，可以绘制出元素在样品中的深度分布图。

背散射谱分析技术的应用范围非常广泛，包括材料科学、生物学、环境科学、能源科学等领域。

例如，在材料科学中，背散射谱可以用于研究材料的微观结构和成分分布；在生物学中，背散射谱可以用于研究生物组织的成分和结构；在环境科学中，背散射谱可以用于研究土壤、水体等环境中的元素分布和污染情况；在能源科学中，背散射谱可以用于研究燃料电池、太阳能电池等能源转换装置中的元素组成和性能。

金属研究方法第四讲 - 卢瑟福背散射谱RBS

运动学因子 K 随 M1, M2 的变化 ——为什么多选用4He2-
=170 时：
若 M２增加， K值持续增加时，M２的分辨率才会高。（1）使用小的M1 ，可探测所有M2，但重元素M2分辨能力差（2）使用大的M1，适用于分析重的元素
多选用 4He+2 ，M2 < 75时分辨率均较好（M: 56Fe, 60Cu )
RBS/ERS(FRS)/（ISS，LEISS）
问题：
RBS/ERS 作为一类成分分析技术，与EXD/WDX, AES/XPS, SIMS 等技术相比有什么特点？
RBS的实验装置 —— 需要小型加速器
RBS效应
20世纪初，Marsden 发现，大多数的- 粒子可以穿透 Au 薄膜，而少数粒子则向着各个方向被散射。
在此基础上，Rutherford 提出了原子的核模型：- 粒子被散射的过程就象大量的小球发生了弹性碰撞。
高能离子与物质的弹性碰撞
MeV能量的高能离子的碰撞，有下述 2 种情况： 1. 离子与一个更重的原子发生弹性碰撞
（如 4He+12C），两者都发生反弹。 2. 离子与一个更轻的原子发生弹性碰撞
反之，当厚度可以测量，则体密度可被准确计算。
散射截面
离子的散射截面可由经典库仑场模型求出：
因此， (Z1Z2/E)2
=> 重原子的探测极限低（0.01%)，更灵敏；轻原子的探测极限高（1%)，灵敏度低一些
元素的散射截面 O O
当入射2MeV的He离子时，重元素的截面可比轻元素的大100倍
K 称为运动学因子。固定 E ，M1，，测量E （即测量K ），即可确定 M2。
> 90 (背散射)时，需 M2 > M1，即RBS不能检测轻元素H, D