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正电子湮没谱学在半导体材料微观结构研究

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半导体材料制备工艺参数、热处理、离子注入、辐照效应的研究

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在正电子湮没寿命谱(PALS)测量中, 以 22Na衰变发射的1.28 MeV γ 光子的出现为起始时间, 再以正负电子对湮没产生的0.511 MeV γ光子的出现为终止时间，得到的时间间隔为正电子寿命谱所显示的内容. 根据正电子在材料中的寿命值的成分与大小、强度的变化,可以得到材料中缺陷类型和相对浓度的变化信息。正负电子湮没时，热化的正电子动量可忽略不计，而湮没电子的动量，使得湮没光子的能量相当于0.511 MeV产生多普勒能移。正电子被缺陷俘获发生湮没，缺陷位置的电子平均动能较低，会使多普勒宽峰变窄。正电子湮没多普勒展宽能谱(DBS) 通常以参数法来定义电子湮没的贡献，展宽谱的低能区与全谱面积之比定义为S参数，主要是正电子与价电子湮没,高能区与全谱面积之比定义为W参数，主要是正电子与核芯层电子湮没。通过S、W参数变化情况可以得到材料内缺陷的形成与运动情况。固体材料中的电子动能通常为几个eV, 因此正负电子湮没对的动量不为0，两个光子的发射方向不在一条直线上，而是有一定的角度偏移。正电子湮没角关联谱(ACAR)通过测量正电子湮没释放出的γ光子的角度分布，分析湮没电子的动量分布，在晶体材料电子动量分布的研究中，用于测定湮没电子的费米面. 正电子湮没多参数符合测量的另一技术正电子寿命-动量关联技术(AMOC)通过对正电子湮没寿命和湮没辐射γ的多普勒展宽能谱同时进行测量，获取不同正电子湮没寿命对应的湮没电子的动量分布信息，以及不同动量的湮没电子所对应的正电子湮没寿命的分布信息。由于放射源释放正电子的能谱分布特征决定了正电子入射到材料的深度分布，常规正电子湮没谱学技术通常适用于表征µm—mm量级的体材料内部的微观结构. 慢正电子束流技术采用金属Ni, W以及固体Ne等对正电子具有负功函数的特殊材料, 对放射性核素释放的正电子,或高能粒子打靶产生的正电子进行慢化处理，形成能量单一可调的低能正电子束流。基于慢正电子束流的各种正电子湮没谱学技术，如正电子湮没寿命谱、多普勒展宽能谱、符合多普勒展宽能谱等，是研究薄膜材料表面和多层膜表面界面微观缺陷的主要表征方法之一。

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