卢瑟福背散射沟道分析技术
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2
[
]
K随的M2增加而增大， 随的M
但是随θ 但是随θ的增加而减小， 只有当M 只有当M2>M1时，背 散射离子才存在。 返 回
背散射微分截面— 背散射微分截面—含量分析
• 卢瑟福散射截面公式为：
M 1 cosθ + 1 − M sinθ 2 2 2 2 dσ L 1 Z1Z 2e = 4πξ 2E sin 2 θ 2 1/ 2 dΩ M L 0 1 − 1 sinθ M2
2 1/ 2
2
背散射微分截面— 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 dσ σ (θ ) = ∫ dΩ Ω Ω dΩ
返 回
能损因子— 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：
能损因子— 能损因子—深度分析
卢瑟福背散射/沟道分析技术
RBS是利用带电粒子与靶核间的大角度库仑 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：
卢瑟福背散射分析的原理
运动学因子— 运动学因子—质量分析 背散射微分截面— 背散射微分截面—含量分析 能损因子— 能损因子—深度分析
2
• 增大散射角 • 增大入射粒子质量 • 增大入射粒子能量 • 提高探测系统的分辨
含量分辨
• 由于散射粒子计数N正比于散射截面σ，故 由于散射粒子计数N正比于散射截面σ 截面越大，计数越多，分辨越好
– 重元素有很好的分辨 – 轻元素分辨差
深度分辨
• 由表面能近似可值不同深度散射的粒子能量差∆E=S ∆x， 由表面能近似可值不同深度散射的粒子能量差∆E=S ∆x，
• 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
源自文库
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。
•O2+注入LiNbO3背散射/沟道谱
实验设备
• 2X1.7MeV串列加速器（如图） X1.7MeV串列加速器（如图）
实验设备
• 电子学探测系统
谢谢
• 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
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
运动学因子— 运动学因子—质量分析
运动学因子的 定义： K=E1/E0， 其中E 其中E0是入射 粒子能量，E 粒子能量，E1 是散射粒子能 量。
运动学因子— 运动学因子—质量分析
实验室坐标系中的K 实验室坐标系中的K因子的表达式为
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 )
[S ] = 1 dE cos θ 1 dx +
E
in
1 cos θ
2
dE dx
• 即： ∆x= ∆E/S由此式可知，要使∆x尽可能的小，应从两方 ∆E/S由此式可知，要使∆x ∆x尽可能的小，应从两方 面着手 ：
– 提高探测系统的分辨，即减小∆E 提高探测系统的分辨，即减小 – 增大 增大S
• [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
• 在出射路程中
E1 = kE − ∫
x / cos θ 2 0
• 由上式可得：
∆E = kE 0 − E1 = k ∫
x / cos θ 1 0
• 假定 dE / dx 在每段路程中是常数，方程 可以积分，并且可消去，可以得到
1 dE ∆E = KE0 − E1 = cos θ1 dx 1 dE + cos θ 2 dx in x = [S ]x out
[
]
K随的M2增加而增大， 随的M
但是随θ 但是随θ的增加而减小， 只有当M 只有当M2>M1时，背 散射离子才存在。 返 回
背散射微分截面— 背散射微分截面—含量分析
• 卢瑟福散射截面公式为：
M 1 cosθ + 1 − M sinθ 2 2 2 2 dσ L 1 Z1Z 2e = 4πξ 2E sin 2 θ 2 1/ 2 dΩ M L 0 1 − 1 sinθ M2
2 1/ 2
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背散射微分截面— 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 dσ σ (θ ) = ∫ dΩ Ω Ω dΩ
返 回
能损因子— 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：
能损因子— 能损因子—深度分析
卢瑟福背散射/沟道分析技术
RBS是利用带电粒子与靶核间的大角度库仑 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：
卢瑟福背散射分析的原理
运动学因子— 运动学因子—质量分析 背散射微分截面— 背散射微分截面—含量分析 能损因子— 能损因子—深度分析
2
• 增大散射角 • 增大入射粒子质量 • 增大入射粒子能量 • 提高探测系统的分辨
含量分辨
• 由于散射粒子计数N正比于散射截面σ，故 由于散射粒子计数N正比于散射截面σ 截面越大，计数越多，分辨越好
– 重元素有很好的分辨 – 轻元素分辨差
深度分辨
• 由表面能近似可值不同深度散射的粒子能量差∆E=S ∆x， 由表面能近似可值不同深度散射的粒子能量差∆E=S ∆x，
• 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
源自文库
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。
•O2+注入LiNbO3背散射/沟道谱
实验设备
• 2X1.7MeV串列加速器（如图） X1.7MeV串列加速器（如图）
实验设备
• 电子学探测系统
谢谢
• 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
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
运动学因子— 运动学因子—质量分析
运动学因子的 定义： K=E1/E0， 其中E 其中E0是入射 粒子能量，E 粒子能量，E1 是散射粒子能 量。
运动学因子— 运动学因子—质量分析
实验室坐标系中的K 实验室坐标系中的K因子的表达式为
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 )
[S ] = 1 dE cos θ 1 dx +
E
in
1 cos θ
2
dE dx
• 即： ∆x= ∆E/S由此式可知，要使∆x尽可能的小，应从两方 ∆E/S由此式可知，要使∆x ∆x尽可能的小，应从两方 面着手 ：
– 提高探测系统的分辨，即减小∆E 提高探测系统的分辨，即减小 – 增大 增大S
• [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
• 在出射路程中
E1 = kE − ∫
x / cos θ 2 0
• 由上式可得：
∆E = kE 0 − E1 = k ∫
x / cos θ 1 0
• 假定 dE / dx 在每段路程中是常数，方程 可以积分，并且可消去，可以得到
1 dE ∆E = KE0 − E1 = cos θ1 dx 1 dE + cos θ 2 dx in x = [S ]x out