RBS理论:能量损失率

入射粒子只有一小部分会与原子核进行紧密接触,并且被背向散射到样品之外。大部分的入射He原子会被嵌入到样品中。当侦测粒子穿透到密集介质的一定深度时,由于和电子(电子阻止)的相互作用以及和目标原子(核阻止)原子核之间的些微碰撞,会造成入射能量的损失。这就意味着相同的元素在样品一定深度的背向散射会比从样品表面背向散射的粒子具有较少的能量。在样品每个穿越距离内损失的入射能量取决于入射、其速度、样品中的元素以及样品材料的密度等等因素。2 MeV He典型能量损失会在100800eV/nm范围内。这种由样品成分和密度所决定的能量损失使得RBS能够测量层厚度,被称为深度分析。

大部分的能量损失都是由电子阻止所造成的,像是侦测粒子和目标原子电子云之间的摩擦所引起的。核阻止是因大量沿着侦测原子路径上发生的小角度碰撞所造成的。核阻止只会对较低的粒子能量上造成重大的能量损失。特定材料的二维原子密度和能量损失的比率被称为其阻止截面(epsilon),常用eV-cm为测量单位。因为大部分的能量损失都是因与电子的相互作用造成的,因此目标材料的电子结构对于其能量损失率有显著的影响。

能量损失率的理论推测是复杂且不准确的。因此,经验性的能量损失率通常被用在RBS计算。多项式方程式和系数表提供广泛的能量和元素的能量损失率的计算。为了计算样品中每单位深度的能量,我们可以用阻止截面乘以样品材料的密度(atoms/cm2)。样品的密度可以有很大的不同。为了使用RBS计算特性元素的深度或者层厚,必须要知道样品材料的密度。