1.实验原理 理论上，正负电子湮没对在湮没前的动量为零，那么2Y湮没放出的两个光子沿相反方 向出射，夹角为180度。而实际上，正负电子对在湮没前动量不为零（束缚电子具有动能）， 因此两个Y光子的夹角不等于180度。 P P2 P P 图1湮没过程动量守恒示意图 如图1所示，湮没对在湮没前的动量为P,其在垂直于入射方向的横向分量为P,在沿 入射方向的分量为P。根据湮没前后动量守恒和能量守恒定律可有： cP+cP=(2mo)c+P2c2, (1) P-P cos=P (2) P sin=P (3) 式中，c为光速，mo为电子质量，解得Y光子的能量分别为： =mc 2 (4) E:=mc2.ch (5) 2 由于存在纵向动量分量，因此湮没光子会以511kV发生多普勒能移，能移宽度 △E=Pc/2。 在湮没前，正电子通过热化将能量降至热能(0.025eV)以下，而电子的能量却有数个 V之多。因此，电子的动量不能忽略。因电子存在动量而造成的多普勒展宽反映了电子的 动量分布状况。 2.实验技术 2.1多普勒展宽谱仪(DBS)
1. 实验原理 理论上，正负电子湮没对在湮没前的动量为零，那么 2γ湮没放出的两个光子沿相反方 向出射，夹角为 180 度。而实际上，正负电子对在湮没前动量不为零（束缚电子具有动能）， 因此两个γ光子的夹角不等于 180 度。 图 1 湮没过程动量守恒示意图 如图 1 所示，湮没对在湮没前的动量为 P，其在垂直于入射方向的横向分量为 PT，在沿 入射方向的分量为 PL。根据湮没前后动量守恒和能量守恒定律可有： 2 4 2 2 1 2 0 cP cP m c P c + = + (2 ) ， （1） 1 2 cos P P P − = L ， （2） 2 sin P P = T ， （3） 式中，c 为光速，m0 为电子质量，解得γ光子的能量分别为： 2 1 0 2 L cP E m c = + ， （4） 2 2 0 - 2 L cP E m c = ， （5） 由于存在纵向动量分量，因此湮没光子会以 511keV 发生 多普勒能移，能移宽度 / 2 = E P cL 。 在湮没前，正电子通过热化将能量降至热能（0.025eV）以下，而电子的能量却有数个 eV 之多。因此，电子的动量不能忽略。因电子存在动量而造成的多普勒展宽反映了电子的 动量分布状况。 2. 实验技术 2.1 多普勒展宽谱仪（DBS）
2Na source ●】 ②e+ Sample Ge Stabilizer MCA e Detector n百PY ADC Memory 511 keV 511 keV LN2 图2DBS结构示意图 图2为多普勒展宽谱仪的结构图。探头为高纯锗(HpGe)探头，在使用时需液氮冷却 (不用时可以常温放置)。探头测到的信号经由前放和主放放大，然后输入多道内进行统计。 80000 60000 40000 20000 B2 505506507508509510511512513614515518517518 Energy (keV) 图3多普勒展宽谱 CDB一般采用参数分析法，常用的有S参数和W参数。图2的探测系统测出图3所示 的谱后，先求出阴影A、B1和B2的面积以及总面积△。那么可有， S=A/△， (6) W=(B+B2)/△。 (7) S参数反映了低动量电子（价电子或传导电子）的动量信息，W参数反映了高动量电子（芯 电子)的动量信息。当正电子被缺陷态捕获时，因其与芯电子湮没率减小而导致W参数降 低，S参数增加，体现在谱形上时谱会变高变瘦。因此通过测量S或W参数的变化，我们 可以得到样品电子动量分布的变化信息，进而分析样品的缺陷变化。 2.2符合多普勒展宽谱仪(CDBS) DBS只有一个HGe探头，测得的谱的本底很高，其峰计数与高能端本底计数之比为 150:1,低能端的本底计数更高。因此，多普勒展宽谱的细微变化容易被掩盖，尤其是与芯 电子有关的部分。早期Lynn等利用一个Ge(i)探头和一个Nal(T1)探头呈180度反向排列
图 2 DBS 结构示意图 图 2 为多普勒展宽谱仪的结构图。探头为高纯锗（HpGe）探头，在使用时需液氮冷却 （不用时可以常温放置）。探头测到的信号经由前放和主放放大，然后输入多道内进行统计。 图 3 多普勒展宽谱 CDB 一般采用参数分析法，常用的有 S 参数和 W 参数。图 2 的探测系统测出图 3 所示 的谱后，先求出阴影 A、B1 和 B2 的面积以及总面积△。那么可有， S A = / ， （6） 1 2 W B B = + ( ) / 。 （7） S 参数反映了低动量电子（价电子或传导电子）的动量信息，W 参数反映了高动量电子（芯 电子）的动量信息。当正电子被缺陷态捕获时，因其与芯电子湮没率减小而导致 W 参数降 低，S 参数增加，体现在谱形上时谱会变高变瘦。因此通过测量 S 或 W 参数的变化，我们 可以得到样品电子动量分布的变化信息，进而分析样品的缺陷变化。 2.2 符合多普勒展宽谱仪（CDBS） DBS 只有一个 HpGe 探头，测得的谱的本底很高，其峰计数与高能端本底计数之比为 150：1，低能端的本底计数更高。因此，多普勒展宽谱的细微变化容易被掩盖，尤其是与芯 电子有关的部分。早期 Lynn 等利用一个 Ge(Li)探头和一个 NaI（Tl）探头呈 180 度反向排列
通过符合方法将峰本比提高了近30倍，即4500：1。 22Na source Sample Ge Ge detector A detector B e 511 keV 511 kev LN2 LN2 ADC ADC Coincidence Memory MCA 图4符合多普勒展宽谱仪结构示意图 图4为符合多普勒展宽谱仪结构图。两个Y光子分别被两个HGe探头探测到，然后 经过放大电路进行放大，之后由符合电路进行符合形成一个开门信号。如果两个Y由同一次 湮没产生，那么符合电路开门，使能量信号进入多道中。 Nommalized intensity 1 ■6.9×1025,0×103■2.8×106.9×10 10° 525 GaAs:Zn 520 10 single Ge detecto D出 51 10 K6Jeue Kel-/g opejed Conicidente 10 with Nal 510 505 10 Coincidence with second Ge detector 500 10 500505510515520525 500505510515520525 Detector A y-ray energy [keV] y-ray energy [keV] 图5Zn掺杂的GaAs的CDBS谱(Gebauer and Krause-Rehberg1998)左图：符合湮没事件 的二维图，横轴和纵轴均为Y射线能量：右图：单探头和双探头时的峰本比。 图5是CDBS测量材料的实例。实验用到的探测器为HpGe和NaI(T)探头。将左图数据沿 x方向或者y方向投影就可得到符合后单个探头测得的谱。其本底水平接近HGe和NaI(T) 探测器符合得到的谱。因此，必须利用其它条件降低本底。降低本底的方法可参考王少阶的 《应用正电子》。经过处理后的谱为图5的右图。谱形基本左右对称，峰本比达到了105以 上
通过符合方法将峰本比提高了近 30 倍，即 4500:1。 图 4 符合多普勒展宽谱仪结构示意图 图 4 为符合多普勒展宽谱仪结构图。两个γ光子分别被两个 HpGe 探头探测到，然后 经过放大电路进行放大，之后由符合电路进行符合形成一个开门信号。如果两个γ由同一次 湮没产生，那么符合电路开门，使能量信号进入多道中。 图 5 Zn 掺杂的 GaAs 的 CDBS 谱（Gebauer and Krause-Rehberg 1998） 左图：符合湮没事件 的二维图，横轴和纵轴均为γ射线能量；右图：单探头和双探头时的峰本比。 图 5 是 CDBS 测量材料的实例。实验用到的探测器为 HpGe 和 NaI(Tl)探头。将左图数据沿 x 方向或者 y 方向投影就可得到符合后单个探头测得的谱。其本底水平接近 HpGe 和 NaI(Tl) 探测器符合得到的谱。因此，必须利用其它条件降低本底。降低本底的方法可参考王少阶的 《应用正电子》。经过处理后的谱为图 5 的右图。谱形基本左右对称，峰本比达到了 105 以 上