课堂六_卢瑟福背散射_280505226.pdf

卢瑟福背散射能谱分析 卢瑟福背散射能谱分析 Ernest Rutherford 1908年诺贝尔化学奖 30 August 1871 – 19 October 1937 卢瑟福背散射能谱分析 卢瑟福背散射（Rutherford Backscaering Spectrometry，简称RBS）的理论 基础是入射离子与靶原子核之间的大角度库仑散射。入射离子一般用MeV量 级的α粒子，。 （1）入射离子与靶原子核发生弹性碰撞，损失一些能量，通过对散射离子 的能量的测定可定性确定靶原子的质量； （2）发生碰撞时，靶的原子浓度和散射截面决定了散射离子的产额，测定 散射离子的产额可确定靶的原子浓度； （3）入射离子在散射前、后穿透靶物质要损失一些能量，测定散射离子的 能谱，可以确定靶原子沿着深度的分布。 离子能量低于靶原子发生核反应阈能条件下，入射离子和靶原子核之间发生 弹性碰撞而被散射。通过测定散射离子的能谱，即可对样品中所含元素作定 性、定量和深度分析。散射还与晶体的好坏有关，通过测定沟道谱可以对样 品的晶体性进行判断，进行缺陷测定等等。 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。 卢瑟福背散射能谱分析 RBS analysis of a thin GaAs layer on a Si substrate, by alpha parcles with an energy of typically 2-3 MeV. The energy of backscaered parcles determine the mass of the target atom. Parcles scaered from below the surface lose energy at a measurable rate; hence the energy scale yields the depth of the scaering of the parcle. The peak width of the Ga or As signal is proporonal to the areal density or thickness of the GaAs film. 卢瑟福背散射能谱分析 RBS分析的优点： 1、供深度信息。可以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。 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。 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。 卢瑟福背散射能谱分析的原理 与RBS分析有关的几个物理概念： （1）述背散射离子的能量与靶原子质量数、入射离子质量 数、入射离子的能量和入射角度之间的关系的运动学因子K， 与定性分析有关； （2）述在某一个散射角度上入射离子被靶原子散射的几率 的散射截面σ ，它决定于入射离子的靶原子的原子序数、质 量数、入射离子的能量和入射角度等，是定量分析的基础。 （3）入射离子和散射离子的能量损失 （4）阻止截面（阻止本领）和布拉格定律 阻止截面的引入是因为入射离子或者散射离子在具体的靶 中能量损失难以查到。阻止本领可以用来解释离子能量的损 失，也是深度分析的基础。 1、运动学因子K RBS 分析的理论基础是入射离子与靶原子核之间的大 角度弹性散射，是中心