弹性反冲探测分析

弹性反冲探测分析 (ERDA)，也称为前向反冲散射（或在上下文中称为光谱法），是材料科学中的一种离子束分析技术，用于获取薄膜中的元素浓度深度分布。 这种技术有几个不同的名称。 下面列出了这些名称。 在 ERDA 技术中，高能离子束指向待表征的样品，并且（如在卢瑟福反向散射中）束的离子与目标样品的原子之间存在弹性核相互作用。 这种相互作用通常具有库仑性质。 根据离子的动力学、横截面积和离子在物质中的能量损失，ERDA 有助于确定元素分析的量化。 它还提供有关样本深度剖面的信息。

入射高能离子的能量范围很广，从 2 MeV 到 200 MeV。 光束的能量取决于要研究的样品。 光束的能量应该足以踢出（“反冲”）样品中的原子。 因此，ERD 通常采用适当的源和检测器来检测反冲原子。

然而，这样的实验装置很昂贵，而且对高能离子源的要求似乎使得这种技术相对不太常用于材料表征，但仍然可以在市场上买到。 此外，为了正确分析样品，还必须考虑离子束与样品的入射角。 这是因为，根据这个角度，反冲的原子将被收集起来。 虽然不是很清楚，但可以假设为什么这种技术不是很为人所知是因为很难完美地结合光源、入射角和检测器来对样品进行最佳表征。 这样的问题会使该技术非常耗时和乏味。

这篇文章提供了关于自 1970 年代中期以来已经存在很长时间的 ERDA 的信息。 该文章提供了有关高离子入射 ERDA 的详细信息。 然而，低离子入射 ERDA 仍然不容忽视。 还提到了整体 ERDA 与其他技术（如 TEM、AFM、XRR、NR、VASE、XPS 和 DSIMS）的比较分析。 本文简要介绍了 ERDA 的历史，但主要关注的是技术本身。 提供了有关仪器及其在元素表征和深度剖面中的应用的全面信息。

ERDA 和 RBS 具有相似的理论，但在实验设置方面存在细微差别。 在 RBS 的情况下，检测器放置在样品的背面，而在 ERDA 中，检测器放置在样品的前面。

今天有几种技术用于表征材料。 为了获得正确的表征，通常需要多种技术的组合。 在比较几种技术时，必须考虑检测极限、深度分辨率和横向分辨率等重要参数。 为此，下表显示了几种技术的比较。

表 1：具有特征属性的技术比较

ERDA 的主要特征如下所列。

• 只要反冲离子的原子序数小于初级离子的原子序数，就可以同时分析多种元素。
• 此技术的灵敏度主要取决于散射截面积，并且该方法对所有轻元素的灵敏度几乎相同。 在这种情况下，轻元素是原子序数在 2 到 50 之间的任何元素。
• 深度分辨率取决于重离子与样品相互作用后的阻止本领，并且由于从轻元素散射的重离子的散射锥较窄，因此散射初级离子的检测会减少。
• 气体电离检测器可提供高效的反冲检测，从而xxx限度地减少样品暴露于离子束的情况，从而使其成为一种非破坏性技术。 这对于准确测量氢气非常重要，因为氢气在离子束照射下不稳定且会损失。

这些特性导致许多团体和科学家探索 ERDA 的应用。

ERDA 最初由 L'Ecuyer 等人展示。 1976 年。他们使用 25-40 MeV 35Cl 离子检测样品中的反冲。 三十多年后，ERDA 已分为两个主要组。 xxx个是轻入射离子 ERDA (LI-ERDA)，第二个是重入射离子 ERDA (HI-ERDA)。

LI-ERDA 使用低压单端加速器，而 HI-ERDA 使用大型串联加速器。 这些技术主要是在材料研究中引入重离子加速器之后发展起来的。