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基于加速器的卢瑟福背散射

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1、科学素养

  RBS就是大角度卢瑟福散射。用加速器产生的带电粒子束打在待测样品上,通过测量散射粒子的能谱,得到元素种类、样品厚度及杂质深度分布的信息。该方法属于无损测量,可以得到定量的结果,测量范围为20-1000 nm。

2、分层次实验教学内容

a)基础内容

  1. 测量标样。
  2. SIMNRA模拟标样,完成刻度。
  3. 测量待测样品。
  4. SIMNRA模拟待测样品,根据标样得到的刻度系数,求出待测样品的厚度或者某种元素的含量。

b)提升内容

  1. 深入理解能谱图,理解各个峰的物理含义,包括峰高度,峰宽度,衬底的边沿等。
  2. 讨论理解实验结果和模拟结果不符合的原因。
  3. 深入探索SIMNRA的各个参数对模拟结果的影响。

c)进阶内容

  1. 利用示波器观察,通过改变前置放大器与硅探测器的共地性能,降低探测器信号的噪声,提升探测器的能量分辨率。观察探测器的能量分辨率提升后,对探测能谱的影响。
  2. 调节探测器的放置角度,对比分析其对质量分辨率的影响。

d)高阶内容

  1. 用三维转交仪改变探测样品的角度,观察能谱图的变化,并给出相应的物理解释。

3、能力培养

  1. 动手能力。如何操控硅探测器,以及三维转角仪。
  2. 团队合作能力。实验过程中,在不破坏真空的情况下,转换测试样品,需要前后实验同学的正确交接及恰当操作。
  3. 模拟能力。需要通过SIMNRA的模拟,才能得到刻度系数,厚度或者元素含量等信息。

4、知识点

  1. 加速器的工作原理。
  2. 卢瑟福背散射的基本原理。
  3. 运动学因子,能量损失因子,截面等基本概念。
  4. 质量分辨相关的因素。
  5. 深度分辨相关的因素。
  6. 如何选择加速器粒子的种类,粒子的能量。
  7. 如何摆放探测器。
  8. SIMNRA模拟的基本原理。

5、学科关联

材料,凝聚态

6、延伸实验

沟道效应实验

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