RBS理论:运动学

对于样品表面的散射来说,唯一的能量损失机制是动量传递给目标原子。在碰撞之前的入射能量与碰撞之后的散射能量的比值被定义为动能因子。

来自轻元素粒子的背向散射能量相较于来自重元素粒子的背向散射能量有较大的区别,因为入射粒子会有显著量的动能被转移到较轻的目标原子上。当目标原子的质量增加时,较少的动能会被转移到目标原子上,并且背向散射粒子的能量会逐渐接近入射粒子能量。这就意味着RBS对于区分两种轻元素比区分两种重元素更为有用。RBS对于轻元素具有良好的质量分辨率,但是对于重元素来说,质量分辨率较差。

例如,当He++撞击轻元素,例如C, NO,大部分的入射能量会被转移到目标原子核,在背向散射中记录的能量比光束能量更低。这样通常可以解决从N中分辨出C,或从Si中分辨出P,即使这些元素在质量上的差别只有1 amu

然而,由于撞击原子的质量增加,在撞击过程中小部分的入射能量会被转移到目标原子,背向散射原子的能量会逐渐靠近光束能量。当这些元素出现在样品的同样深度时,就不可能从Ta中分辨W,或者从Ni中分辨Fe,即使这些较重的元素在质量上的差别也只有1 amu

一项重要的相关问题是,He不会对样品中的H或者He原子做背向散射。元素越轻,入射元素反而会以显著的能量向前方轨迹散射。因此,这些元素不能使用典型的RBS来分析。但是,通过配置侦测器,可以记录这些向前散射的情况,这些元素就可以使用与RBS同样的原理来进行定量。