發(fā)布時(shí)間：2020-11-02 12:03

　　 作為反物質(zhì)世界的一顆璀璨明珠,正電子(電子的反粒子),因其對(duì)電子異常靈敏的特性而被用于研究材料的微觀結(jié)構(gòu)。在Anderson發(fā)現(xiàn)正電子后,以正電子物理為基礎(chǔ)的正電子湮沒(méi)譜學(xué)逐漸建立起來(lái)。正電子湮沒(méi)譜學(xué)技術(shù)主要包括三大基本技術(shù):正電子湮沒(méi)壽命譜(PALS)、多普勒展寬譜(DBS)、湮沒(méi)輻射角關(guān)聯(lián)(ACAR)。基于正電子湮沒(méi)壽命譜和多普勒展寬譜,近30年來(lái)又發(fā)展了正電子壽命-動(dòng)量關(guān)聯(lián)(AMOC)技術(shù)。譜儀技術(shù)與材料微結(jié)構(gòu)表征是正電子湮沒(méi)譜學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的兩條主線,二者相輔相成,共同發(fā)展。譜儀技術(shù)的發(fā)展將正電子湮沒(méi)譜學(xué)擴(kuò)展到更多的材料表征中;新材料的表征又對(duì)譜儀技術(shù)提出新的要求,推動(dòng)譜儀技術(shù)向著性能更高的方向發(fā)展。本文立足于譜儀技術(shù)和材料表征這兩條線,從設(shè)計(jì)搭建高效率的壽命-動(dòng)量關(guān)聯(lián)譜儀、發(fā)展新型數(shù)字化壽命譜儀和正電子湮沒(méi)譜學(xué)在稀磁半導(dǎo)體中的應(yīng)用三個(gè)方面開(kāi)展研究工作。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)在正電子壽命-動(dòng)量關(guān)聯(lián)技術(shù)方面,我們?cè)O(shè)計(jì)并搭建了一套高效率的γγΔEγ符合型AMOC譜儀。在探測(cè)器選型、幾何配置、信號(hào)符合方式以及數(shù)據(jù)采集等方面進(jìn)行了全面優(yōu)化。選擇井型閃爍體探測(cè)1.275 MeV的γ射線,以提高其探測(cè)效率。Geant4模擬確定閃爍體的尺寸及整體的探測(cè)器配置。信號(hào)符合上,采用軟件符合代替硬件符合。在數(shù)據(jù)采集上,使用PCI9820采集卡特有的雙緩沖連續(xù)采集模式,提高采集效率。最終搭建了一套計(jì)數(shù)率高達(dá)180 cps,時(shí)間分辨280 ps的AMOC譜儀,計(jì)數(shù)率比傳統(tǒng)的提高了一倍以上。(2)在正電子湮沒(méi)壽命譜方面,我們利用數(shù)字示波器和閃爍探測(cè)器搭建了一套數(shù)字化正電子湮沒(méi)壽命譜儀。我們研究了 BaF2-H6610探測(cè)器的符合時(shí)間分辨。通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)參數(shù):探測(cè)器高壓、示波器采樣率以及恒比定時(shí)系數(shù)等,優(yōu)化了探測(cè)器的時(shí)間響應(yīng),獲得了非常好的符合時(shí)間分辨:對(duì)于0.511 MeV湮沒(méi)γ射線和60Co級(jí)聯(lián)輻射γ射線分別為162 ps和108 ps。在此基礎(chǔ)上,我們開(kāi)發(fā)了一套數(shù)字化正電子湮沒(méi)壽命譜儀,時(shí)間分辨約為130ps,性能上優(yōu)于國(guó)際上大多數(shù)的數(shù)字化壽命譜儀。(3)在正電子湮沒(méi)譜學(xué)的應(yīng)用方面,我們將慢正電子束多普勒展寬譜應(yīng)用于AlN稀磁半導(dǎo)體的缺陷表征。通過(guò)離子注入的方式制備了 C摻雜的AlN薄膜(AlN:C)。磁性結(jié)果表明AlN:C薄膜具有室溫鐵磁性。通過(guò)XRD、拉曼光譜、XPS以及DBS實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)AlN:C薄膜中存在Al空位相關(guān)缺陷。同時(shí)對(duì)AlN:C的缺陷結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一性原理計(jì)算,發(fā)現(xiàn)間隙C原子和Al缺陷的復(fù)合體(Ci-VAl)具有最低的形成能,因而,揭示了 AlN:C薄膜中的鐵磁性主要源于Ci-VAl。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：O572.322
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 正電子的基本性質(zhì)
        1.1.1 正電子的預(yù)測(cè)與發(fā)現(xiàn)
        1.1.2 正電子譜學(xué)的發(fā)展
        1.1.3 正電子的基本物理屬性
    1.2 正電子湮沒(méi)譜學(xué)技術(shù)簡(jiǎn)介
        1.2.1 正電子湮沒(méi)譜學(xué)基本原理
        1.2.2 正電子湮沒(méi)譜學(xué)基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)
        1.2.3 慢正電子束
        1.2.4 正電子湮沒(méi)譜學(xué)的優(yōu)勢(shì)
    1.3 總結(jié)與本文的研究重點(diǎn)
第2章 高效率正電子壽命-動(dòng)量關(guān)聯(lián)譜儀的研制
    2.1 AMOC研究進(jìn)展
+γΔE_γ符合型AMOC譜儀'>        2.1.1 β⁺γΔE_γ符合型AMOC譜儀
γ符合型AMOC譜儀'>        2.1.2 γγΔE_γ符合型AMOC譜儀
    2.2 AMOC譜儀的探測(cè)器預(yù)研
        2.2.1 HPGe探測(cè)器
        2.2.2 閃爍探測(cè)器
    2.3 AMOC譜儀的設(shè)計(jì)
        2.3.1 Geant4簡(jiǎn)介
        2.3.2 探測(cè)器的幾何配置比較
        2.3.3 閃爍體的尺寸與品質(zhì)因子關(guān)系的模擬
    2.4 AMOC譜儀的硬件組成
        2.4.1 電子學(xué)與邏輯判選
        2.4.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
    2.5 AMOC譜儀的調(diào)試
        2.5.1 壽命譜部分的調(diào)試
        2.5.2 能譜部分的調(diào)試
        2.5.3 AMOC譜的重建及譜儀性能
    2.6 本章小結(jié)
第3章 高時(shí)間分辨正電子湮沒(méi)壽命譜儀的研制
    3.1 選題背景
    3.2 實(shí)驗(yàn)裝置與分析方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        3.2.2 分析方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        3.3.1 符合時(shí)間分辨
        3.3.2 正電子湮沒(méi)壽命譜
    3.4 本章小結(jié)
第4章 C離子注入的AlN薄膜缺陷與磁性研究
    4.1 選題背景
    4.2 實(shí)驗(yàn)與計(jì)算方法
        4.2.1 樣品制備與處理
        4.2.2 SRIM模擬
        4.2.3 樣品的表征
        4.2.4 第一性原理計(jì)算
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 XRD實(shí)驗(yàn)
        4.3.2 拉曼光譜實(shí)驗(yàn)
        4.3.3 XPS實(shí)驗(yàn)
        4.3.4 透射光譜實(shí)驗(yàn)
        4.3.5 多普勒展寬譜實(shí)驗(yàn)
        4.3.6 磁性實(shí)驗(yàn)
        4.3.7 第一性原理計(jì)算
    4.4 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 論文總結(jié)
        5.1.1 高效率AMOC譜儀的研制
        5.1.2 高時(shí)間分辨PAL譜儀的研制
        5.1.3 C離子注入的AlN薄膜缺陷與磁性研究
    5.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄A 數(shù)據(jù)采集程序源代碼
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果

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本文編號(hào)：2867023