粒子同固体相互作用物理学 上PDF电子书下载

上册 1

第一章 引言 1

1.1 粒子同固体相互作用物理学讨论范围 1

1.2 各种能量下粒子同固体相互作用的应用 2

1.3 原子物理的概念和定义 4

一 玻尔原子和单位 4

二 卢瑟福散射 5

三 运动学 10

四 原子的激发和电离——非弹性碰撞 11

第二章 带电粒子在原子为无序分布物质中的运动 14

2.1 能量损失的定性描述 14

一 概念和定义 14

二 库仑散射和能量损失 19

三 托马斯-费米原子 21

2.2 核阻止 25

一 简单的相互作用势 26

二 散射截面 28

三 弹性能量损失 33

2.3 电子阻止和迁移截面 36

一 电子气体中的阻止能力 36

二 散射势 41

三 迁移截面 43

四 低速下电子阻止截面 46

2.4 电子阻止的量子力学处理 49

一 玻恩近似计算电子阻止能力 50

二 贝特公式的修正 60

三 中速区域的电子能量损失 68

四 阻止截面的线性相加 70

2.5 能量损失的测量方法 71

2.6 能量离散 74

一 电子对能量离散的贡献 76

二 核碰撞对能量离散的影响 80

三 能量离散的线性相加 82

2.7 离子穿进物质的电荷状态 83

一 电子俘获和损失 85

二 平衡电荷态的分布 89

三 原子跃迁和固体中电荷平衡 94

第三章 离子束分析固态材料的组分和结构 99

3.1 离子背散射谱学 100

一 运动学因子和微分散射截面 101

二 深度刻度 105

三 背散射产额——能谱高度 116

3.2 各种靶的背散射谱 119

一 单元素靶 119

二 化合物靶(θ1=0，垂直入射) 129

三 混合物的分析 138

四 杂质的深度分布 142

3.3 背散射实验方法和仪器 148

一 加速器 149

二 能量稳定系统 153

三 真空系统 154

四 散射束能量分析的电子学系统 157

3.4 低能离子散射 160

一 与“高能”(兆电子伏)离子散射的联系和区别 161

二 低能离子在固体表面中性化 163

三 组分分析 167

四 表面结构 171

五 聚合物表面的研究 174

3.5 中能离子散射 183

一 作为低能离子散射的上限 184

二 轻离子的背散射 186

三 背散射粒子的电荷态 193

3.6 粒子感生X射线发射(PIXE) 195

一 轻离子产生X射线 197

二 重离子产生X射线 204

三 X射线探测 212

四 本底辐射 214

五 PIXE定量分析方法 218

六 PIXE分析特点及应用 226

3.7 核反应分析 240

一 核反应分析的一般特点 240

二 定量分析 244

三 分析研究的范围 254

四 材料中的氢剖析 257

第四章 溅射物理 267

4.1 溅射的一般描述 267

一 运动粒子同固体表面的相互作用 267

二 溅射的基本概念 270

4.2 溅射理论 275

一 溅射分类 275

二 玻耳兹曼迁移方程 277

三 线性级联理论的基本特点 279

四 线性碰撞级联的溅射 283

五 简单级联碰撞理论的修正 298

六 透射溅射 312

4.3 溅射的钉扎模式 313

4.4 多组分靶的溅射 321

一 初级效应 322

二 次级效应——表面组分的变化 325

三 固态化合物的溅射 327

4.5 溅射粒子的电荷状态 332

一 基本假定 333

二 电离理论 334

三 实验验证 342

4.6 二次离子质谱(SIMS) 346

一 二次离子质谱的实验条件 346

二 多组分的SIMS分析 349

三 金属离子簇溅射 356

4.7 离子感生辐射和非辐射跃迁 365

一 离子中性化谱学 365

二 离子感生俄歇电子谱学(IAES) 379

三 中性和离子感生辐射分析表面组分(SCANIIR) 391

4.8 溅射物理的应用 394

附录 向前和向后玻耳兹曼方程的联系 395

第五章 带电粒子在晶体中的沟道效应 399

5.1 沟道效应和连续模型 399

一 晶格的取向和沟道 399

二 轴沟道的连续模型 403

三 晶格原子热振动的影响 412

四 平面沟道 414

5.2 沟道的统计平衡理论 416

一 统计模型的基本考虑 416

二 横能量分布及反应产额 418

三 粒子在沟道中通量分布——通量峰效应 424

四 计算机模拟和平衡连续模型的局限性 434

5.3 沟道离子的能量损失 439

一 玻姆-派恩斯(Bohm-Pines)模型 440

二 空间周期性电子气中的能量损失 442

三 芯电子对沟道离子能量损失的贡献 448

5.4 离子在晶格中的退道 453

一 阻止能力与退道率 454

二 原子核和热振动原子的散射 459

三 电子引起的散射 464

四 退道的稳定增加模型 469

五 轴向沟道的扩散模型 470

六 晶体缺陷引起的退道 481

5.5 表面非晶层对沟道的影响 486

5.6 平面退道 496

附录 扩散方程的数值解 501

第六章 沟道效应和阻塞效应的应用 506

6.1 沟道实验的特点 506

一 晶体定位——定向谱和随机谱 507

二 阻塞效应 512

6.2 晶格中杂质原子定位 515

一 基本原理 515

二 晶格对称性和杂质原子位置 516

三 “完全”替代的杂质原子 517

四 “不完全”替代的情况 518

五 间隙原子 521

六 内壳层X射线产额的沟道关联 528

6.3 缺陷分析 530

一 点缺陷 531

二 晶体覆盖非晶或多晶薄膜 533

三 位移原子的随机分布 536

四 考虑沟道效应的位移原子分布 544

五 位错退道 548

六 堆垛层错和孪晶 555

6.4 表面和界面的研究 561

一 离子同表面原子的作用 561

二 晶体的表面结构和表面峰 568

三 表面重构 570

四 表面弛豫 573

五 衬底荫蔽：Ag(111)面的外延层Au 574

六 阻塞方法确定表面吸附原子的位置 576

七 金属-半导体界面的反应 578

6.5 原子核寿命的确定 580

一 阻塞法测量核寿命的原理和方法 581

二 质子和中子引起的裂变寿命 585

三 重离子感生裂变 587

四 基本粒子寿命 593

6.6 高能沟道效应 596

一 实验方法 597

二 透射粒子角分布 601

三 环形效应——横能量均衡特性 606

四 弯曲晶体的沟道效应 610

五 可能的应用 615

下册 621

第七章 离子注入及其应用 621

7.1 注入离子的射程和射程分布理论 624

一 射程概念和射程的均方偏差 625

二 射程分布的统计理论 630

三 投影射程 641

四 低速重离子在固体中的射程 648

五 注入离子在非晶靶的浓度分布 654

六 单晶靶中的射程分布 678

7.2 辐射增强扩散效应 689

一 增强扩散的基本概念 689

二 增强扩散的类型 694

三 增强扩散机理 698

四 多元扩散模型 705

五 增强扩散效应的应用 713

7.3 注入离子在晶格中的位置 719

一 半导体中注入离子的位置 720

二 缺陷的移动和定位 725

7.4 离子注入层的电学性质 727

7.5 离子注入系统 735

一 离子注入机的概念和类型 735

二 弱流和中等流强注入机 737

三 强流注入机 740

四 离子注入设备的物理限制 744

五 离子注入机的在线控制 753

7.6 离子注入器件的应用 759

一 平面扩散工艺和离子注入法 759

二 全离子注入晶体管的电参量控制 766

三 离子注入MOS场效应晶体管 773

四 离子注入制备集成电路中的高值电阻 777

五 离子注入在硅加工中的发展 780

7.7 离子注入化合物半导体 787

一 离子注入化合物半导体的特点和化学配比 787

二 退火保护问题 792

三 大规模高速集成电路的制备和离子注入化合物半导体(GaAs)器件 797

7.8 离子注入对金属的改性 800

一 金属中离子注入的特点和物理因素 801

二 离子注入表面的力学性质 804

三 提高金属表面抗腐蚀能力 815

7.9 离子注入超导体的研究 821

一 超导电性和超导临界温度 822

二 离子注入对超导临界温度Tc的影响 824

三 注入金属氢化物的超导性和超导体中氢的作用 826

7.10 离子注入合金的穆斯堡尔研究 833

一 内转换电子穆斯堡尔测量 833

二 磨损改善的机理——N+或c+注入铁 835

三 扩散的影响 837

四 磨损前后相的变化——锡注入铁 838

附录 射程计算机程序 841

参考文献 855

第八章 辐照损伤 861

8.1 能量淀积和损伤分布 861

一 离子注入产生的缺陷 862

二 级联碰撞和原子位移 870

三 能量淀积的WSS理论 876

四 矩方程及其求解 881

五 “高能”离子在固体中能量淀积的“直接法” 897

六 沟道作用和聚焦作用 905

七 损伤及损伤分布 913

8.2 缺陷的迁移和退火 923

一 缺陷迁移速率和聚集 923

二 热退火 927

三 激光退火 935

四 电子束退火 946

8.3 金属中的辐射损伤 950

一 辐射缺陷的产生及其相互作用 951

二 金属玻璃辐射损伤的特性 962

8.4 超精细相互作用和缺陷 967

一 超精细相互作用 967

二 扰动角关联和穆斯堡尔效应 969

三 辐射缺陷的研究 975

四 缺陷-反缺陷反应 981

五 133Xe注入金属形成空位簇 982

8.5 辐射对有机物质的作用 985

一 聚合物的辐射交联和降解 986

二 辐射交联的机理 990

三 固态有机材料的辐射损伤 995

四 辐照剂量率和温度效应 1000

8.6 电子自旋共振(ESR)对极低温(4K)下聚合物辐射损伤的研究 1003

一 电子自旋共振和基浓度的测量 1003

二 辐照对基在空间分布的影响 1011

三 氢原子迁移的减弱 1014

四 极低温度(4K)下氢原子的反应率 1014

8.7 重离子轰击固态生物体产生自由基 1016

一 室温下自由基的产生 1016

二 低温下(77K)自由基的产生 1027

三 “热钉扎”模型及其检验 1028

8.8 正电子湮灭研究辐照损伤 1033

一 正电子湮灭的物理基础和实验技术 1033

二 捕获模型和金属中的辐照损伤 1045

三 电子辐照钼的损伤及退火效应 1048

四 辐照聚四氟乙烯的正电子寿命谱的分析 1055

附录I 三维碰撞级联 1058

附录Ⅱ 矩积分 1059

附录Ⅲ 捕获模型 1061

参考文献 1067

第九章 离子束引起原子混合 1072

9.1 薄膜系统中离子引起的反应 1072

一 离子感生反应的特点 1073

二 硅化物和金属间化合物 1078

三 热退火引起的相互混合 1080

四 金属固熔体的形成 1083

9.2 碰撞混合的理论 1089

一 原子位置重排截面 1091

二 基体原子重排及多次重排 1095

三 各向同性的级联混合 1097

四 多次反冲注入 1101

五 含有铂标记层硅中的离子束混合 1103

9.3 离子束混合机理的实验研究 1109

一 长程混合和短程混合 1109

二 化学效应对混合率的影响 1115

三 原子混合率的温度关联 1118

9.4 界面反应和原子混合的唯象模型 1119

一 原子的重排和反应 1120

二 扩散控制和反应控制的界面反应 1122

三 扩散混合与碰撞混合的统一描述 1125

9.5 离子束混合的应用 1128

一 离子束混合在一些物理过程中的作用 1128

二 离子束混合用于材料改性 1128

三 离子束混合微合金 1130

附录I 方程(9.2-19)和(9.2-20)的推导 1131

附录II 级联混合的随机走动模型 1133

参考文献 1134

第十章 沟道辐射 1137

10.1 带电轻粒子在晶格沟道中运动的特点 1137

一 横向运动方程 1138

二 相互作用势和束缚态 1143

10.2 沟道辐射谱学 1149

一 轴沟道 1149

二 平面沟道 1154

10.3 实验安排 1162

10.4 沟道辐射与其他几种辐射的比较 1165

一 相干轫致辐射 1165

二 跃迁辐射 1167

三 同步辐射 1168

10.5 沟道辐射的应用前景 1168

参考文献 1169