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