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
- 测量标样。
- SIMNRA模拟标样,完成刻度。
- 测量待测样品。
- 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
- 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。
- 讨论理解实验结果和模拟结果不符合的原因。
- 深入探索SIMNRA的各个参数对模拟结果的影响。
c)进阶内容
- 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。
- 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
- 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
- 动手能力。如何操控硅探测器,以及三维转角仪。
- 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。
- 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
- 加速器的工作原理。
- 卢瑟福背散射的基本原理。
- 运动学因子,能量损失因子,截面等基本概念。
- 质量分辨相关的因素。
- 深度分辨相关的因素。
- 如何选择加速器粒子的种类,粒子的能量。
- 如何摆放探测器。
- 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