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Rutherford Backscattering Spectrometry

Rutherford Backscattering Spectrometry. 二光電四甲 賴中和 19323021 羅英豪 19323029 陳鏗人 19323051. 大綱. 前言 RBS 的量測儀器介紹 RBS 的原理 RBS 的分析. 前言. 1911 年 Hans Geiger & Ernest Marsden 採用 Ruthterford 建議利用 α 粒子當作探針 , 撞擊金箔對產生背向散射的粒子現像 , 建立了原子核模型

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Presentation Transcript

  1. Rutherford BackscatteringSpectrometry 二光電四甲 賴中和 19323021 羅英豪 19323029 陳鏗人 19323051

  2. 大綱 • 前言 • RBS的量測儀器介紹 • RBS的原理 • RBS的分析

  3. 前言 • 1911年Hans Geiger & Ernest Marsden採用Ruthterford建議利用α粒子當作探針, 撞擊金箔對產生背向散射的粒子現像, 建立了原子核模型 • 1970年左右, 華裔物理學家朱偉幹博士與加州理工學院的Mayer & Nicolet 兩位教授合作以此背向散射原理發展出分析方法。

  4. RBS的量測儀器

  5. Backscattering System

  6. 在腔體內的情形

  7. RBS的重要量測儀器 • Van De Graff Accelerator • Silicon Surface Barrier Detector, SSB • Multi-Channel Analyzer, MCA

  8. Van De Graff Accelerator • Accelerator • SSB • MCA

  9. 說明 • Accelerator • SSB • MCA

  10. Solid State Detector • Accelerator • SSB • MCA

  11. 說明 • Accelerator • SSB • MCA • 為Au/Si的Schottky-Barrier • 加逆偏 • 加電場 • 送至MCA

  12. MCA • Accelerator • SSB • MCA

  13. 說明 • Accelerator • SSB • MCA

  14. Simnra

  15. RBS工作原理

  16. 基本工作原理 • RBS是利用帶電粒子與靶核間的大角度庫倫散射的能譜和產額確定樣品中元素的質量數、含量及深度分布

  17. RBS需要知道的原理包括三步份 (1)運動因子 (2)能量損失率 (3)反應截面

  18. 運動因子-質量分析 • 背向散射分析中﹐入射離子同靶原子核發生的是彈性碰撞過程﹐利用能量守恆定律和動量守恆定律即可導出背散射離子能量

  19. 運動因子的定義K=E1/E0，E0是入射粒子能量E1是散射粒子能量運動因子的定義K=E1/E0，E0是入射粒子能量E1是散射粒子能量

  20. 元素量測 • 對確定種類﹑能量的入射離子和確定的散射角﹐散射離子能量便可以決定於靶原子的質量﹐靶原子質量愈大﹐背散射離子能量也愈大。因此從背向散射能譜可以確定靶物質中所含元素的種類。

  21. 能量損失率-深度分析 • 入射離子在靶物質內除因同靶核的庫侖相互作用而損失能量外﹐在射入和射出靶物質的路徑上也要損失能量﹐這就是電離能量損失

  22. 由於這個物理過程﹐使得探測到的同種原子核的背向散射的出射離子能量﹐與發生背散射的深度有關﹐發生在靶內深度為t的能量要比發生在表面的能量小由於這個物理過程﹐使得探測到的同種原子核的背向散射的出射離子能量﹐與發生背散射的深度有關﹐發生在靶內深度為t的能量要比發生在表面的能量小

  23. 反應截面-含量分析 由於離子束的後向散射量Y（backscatteringyield）正比於 原子的密度N 散射截面σ

  24. 微分散射截面dσ /dΩ的含意為散射粒子在探測器中構成信號幾率的幾何表示

  25. RBS的分析

  26. 能譜分析-元素分析

  27. 能譜分析-種類含量分析

  28. 能譜分析-厚度分析

  29. 舉例

  30. 其他能譜

  31. 優點 1. 對主要元素（major element）分析定量的準確度很高（± 5%），而且定量時並不需藉助外來的標準樣品。 2.偵測的元素幾乎涵蓋整個週期表。 3.靶材材料可為絕緣體（insulator），量測時不會有電荷累積（charging）現象發生。 4.該分析係屬非破壞性分析。因此該分析技術，目前正廣受世界各國，尤其半導體工業以及其相關科技的使用。

  32. 缺點 1.加速器係屬昂貴的儀器設備，並且架 設不易。 2.對於量測較重元素的靶材內的較輕元素雜質時，由於散射截面太小，且該輕元素雜質的訊號被靶材的訊號所蓋住，無法量測該等雜質。 3.對於質量相近的重元素雜質，因其彼此的運動因子過於接近，不易分辨。

  33. END

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