31、RBS与ERDA技术的应用解析

RBS与ERDA技术的应用解析

1. 引言

当离子撞击固体时，会产生多种现象，如离子散射、反冲、光子（如X射线、伽马射线和可见光）发射，对于聚合物靶材还会有气体发射等。基于这些现象，科学家们开发出了用于材料表征的技术。其中，弹性反冲探测分析（ERDA）用于轻元素的深度剖析，卢瑟福背散射光谱法（RBS）用于高原子序数（高Z）元素的深度剖析。下面将详细介绍这些技术的应用。

2. 卢瑟福背散射光谱法（RBS）的应用

2.1 成分分析

RBS在确定薄膜的化学计量比方面应用广泛，尤其在金属 - 介质纳米复合薄膜的金属含量测定中效果显著。例如，对于金 - 二氧化硅纳米复合薄膜（金纳米颗粒嵌入二氧化硅中），不同金含量（10 at%和20 at%）的薄膜RBS光谱显示，散射α粒子高能区域的峰代表不同含量的金，低能区的两个边缘分别对应衬底的硅和纳米复合薄膜中二氧化硅的硅，而位于平台区域上方的小峰对应纳米复合薄膜中二氧化硅的氧。这些关于贵金属 - 二氧化硅纳米复合薄膜中金属含量的信息，对于模拟表面等离子体共振非常有用，因为金属含量是模拟的输入参数之一。

2.2 离子束混合

RBS是离子束混合实验中界面分析的有效工具。以镍/聚四氟乙烯（Ni/Teflon）体系为例，原始薄膜和经120 MeV金离子辐照后的薄膜RBS光谱显示，原始薄膜低能边缘对应聚四氟乙烯中的氟，高能峰对应镍；辐照后样品的氟边缘向高能延伸，镍的低能边缘向低能区域延伸，表明样品中镍和聚四氟乙烯发生了混合。当分析多层膜中厚度小于RBS分辨率（约10 nm）的界面时，需要使用高分辨率RBS，如对沉积在硅上的C60/a - Si多层膜的界面分析。

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