2023年RBS实验报告.pdf
卢瑟福背散射（RBS）实验报告何燃 核科学与技术学院一、实验目的1、掌握RBS分析原理，了解实验装置；2、初步掌握RBS的分析方法。二、实验原理当入射离子能量远大于靶中原子的结合能（1 0 e v量级），并低于与靶原子发生核反映的能量（一 般 1 0 0 k e v /a m u 2dx：cos dx cos&定义s为能量损失因子，则：AE=sx这样，由能量损失因子就可以把背散射能谱中的能量坐标换算成深度坐标，并根据不同深度处能谱高度就可以得到元素的深度分布。3）阻止截面及其可加性用能量损失来计算能量损失因子的缺陷是:它随靶的元素组成及密度而变化，因此对于具体的靶很难查到能量损失率数值。为此引入阻止截面或叫做阻止本领的概念。单原子靶材料的原子密度为N,一定能量E的入射离子在此材料的能量损失为(E)=(E)N dx组织截面的优点在于阻止截面和靶原子种类、入射离子种类及能量有关，而同靶的密度无关.可以由图表查到.此外阻止截面具有可加性。4、能量歧离和探测器能量分辨率对RBS能谱的影响单能离子束穿透某一厚度的靶后,会产生一定的能量分散度。这就称为能量歧离。电子能量损失歧离，离子与靶原子的电子大量碰撞是一种随机过程，存在记录涨落。能量歧离的存在导致RB S能谱的前后沿变化,同时会导致深度分辨率下降和靶内原子质量分辨率的下降表面重要是探测系统分辨率的影响。深度增大，能量歧离增大。三、实验装置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 一一靶室3）、背散射离子的探测和能量分析装置4）、放射源RBS在我们学校使用的是2*L7Me V串列加速器，如下图所示:图2串列加速器图背散射离子的探测和能量分析装置分为几个部分组成，涉及探测器，前置放大器，主放大器，偏压电源，多道计算机，束流积分仪。其中各个部分的关系如图前置放大器主放大器压源偏电四、实验数据谱图分析l:Si衬底上W膜480：460 二440：420-i400-380-360-swnoo340-320 二300-280-260-240-220-200-180：160 1140120 i10080:6040：20：00 50 100 150 200 260 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850Channeltnergy iKevj200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600i i i 2:Li-GeSi 样品oooooooooooooooooooo86W2086420864208642333332222211111slun。110.txt-Simulated900200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 111 txt-SimulatedChannel3、C r注入Al样品-112.txt-SimulatedEnergy keVChan 345Cnts 39900 950 1,000OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO050505050505050505050505211oo998877665544332211SJUn。实验记录数据50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550Channel道数 ch a nnel能量k*Eow86835H.35A I345I 502.55L i6 922822.85Eo=4050KeV 运动学因子：Ksi=O.3 85,KG=0.6 9 7,Kw=0.86 7,KAI=O.371,KCr=0.60 3。五、数据解决1.求解能量刻度方程：由于能量刻度方程一般表达式为：E =slope-ch+zero其中E 表达能量、ch表达道数，s 1 o p e和 z ero为未知参数。将表一中三组能量一道数数值带入方程一中可解得si。pe和 z e ro 的值，在本实验中我们直接用计算机解决数据，得至 h1 op e=3.8 3,zero=179.17o因此，能量刻度方程为：E=3.83。力 +179.172 求 w 膜厚度：由w的前后沿半高道数差为169可算出能量差AE为655.35 J,采用平均能量近似：E.=E（，AE=3886KeuIn 0 4Eout=E.+；AE=3020Keu根 据 公 式*=-（房）+1 H E Gcos 仇 cos 02查表可得：（EQ=（3386）x（4000）=865.405e/*cm2/mgK E G =（3020）（3000）=699.7854ev*cm2/m g4=0 cos 4=1 2=3 0 c os%=Kw=0.8 6 7K带入公式计算可得：幻=万 （&）+-4（%“）=1 4 02 KeV*c m2/mgCOS（Z|COS HD将数值带入公式AE=NAX其中 N=1 9.29 g/cm3则厚度AX=242 3 A
