탄성 반동 검출

이 기사는 위키피디아의 품질 기준을 충족시키기 위해 정리가 필요할 수 있다. 구체적인 문제는: 수학 공식의 레이아웃이다. 가능한 경우 이 문서를 개선하는 데 도움을 주십시오. (2018년 2월) (이 템플리트 메시지를 제거하는 방법 및 시기 알아보기)

탄성 반동 검출 분석(ERDA)^[1]은 박막에서 원소 농도 깊이 프로파일을 얻기 위해 재료 과학에서 이온 빔 분석 기법이다. 이 기술은 몇 가지 다른 이름으로 알려져 있다. 이 이름들은 아래에 열거되어 있다. ERDA의 기술에서, 에너지 이온 빔은 특징지을 샘플로 향하며 (루더포드 백스캐터링에서와 같이) 빔의 이온과 대상 샘플의 원자 사이에 탄성 핵 상호작용이 있다. 그러한 상호작용은 일반적으로 쿨롱 본성의 것이다. ERDA는 이온의 운동, 단면적, 물질 내 이온의 에너지 손실 등에 따라 원소 분석의 정량화를 결정하는 데 도움이 된다. 또한 표본의 깊이 프로파일에 대한 정보도 제공한다.

입사 에너지 이온은 2 MeV에서 200 MeV까지 광범위한 에너지를 가질 수 있다. 빔의 에너지는 연구할 샘플에 따라 달라진다.^[2][3] 빔의 에너지는 표본의 원자를 방출("레코일")할 정도로 충분해야 한다. 따라서 ERD는 반동 원자를 검출하기 위해 적절한 선원과 검출기를 사용한다.

그러나 그러한 실험 설정은 비용이 많이 들고 고에너지 이온의 소스 요건과 함께 이 기법을 재료 특성화에 비교적 일반적으로 덜 사용되는 것으로 보이지만,^[4] 그럼에도 불구하고 상업적으로 이용할 수 있다.^[5] 또한, 이온 빔이 샘플로 만드는 발생각도 샘플의 정확한 분석을 위해 고려해야 한다. 이 각도에 따라 반동된 원자가 모이기 때문이다.^[6] 그다지 명확하지는 않지만, 이 기법이 잘 알려져 있지 않은 이유에 대한 가정은 샘플의 최상의 특성화를 위해 출처, 입사각, 검출기의 완벽한 조합을 갖기 어렵기 때문일 것이다. 그러한 문제는 그 기술을 매우 시간 소모적이고 지루하게 만들 것이다.

이 기사는 1970년대 중반 이후 오랫동안 존재해온 ERDA에 대한 정보를 제공한다. 기사는 고이온 사고 ERDA에 대한 자세한 정보를 제공한다. 그러나 저이온사고 ERDA는 여전히 방치되지 않고 있다. TEM, AFM, XRR, NR, BABAS, XPS, DSMS 등의 다른 기법과 전체적인 ERDA의 비교 분석도 언급된다. 이 기사는 ERDA의 역사를 간략히 다루고 있지만 기술 자체에 주안점을 두고 있다. 요소 특성화 및 심층 프로파일에서 계측기와 그 적용에 대한 포괄적인 정보가 제공된다.

ERDA와 RBS는 실험 설정에서 이론은 비슷하지만 사소한 차이를 가지고 있다. RBS의 경우 검체 뒤쪽에 검출기를 배치하고 ERDA에서는 검출기를 전면에 배치한다.

비교 분석

오늘날 재료의 특성화에 사용되는 몇 가지 기법이 있다. 정확한 특성화를 얻기 위해서는 대개 기법의 조합이 필요하다. 여러 기법을 비교할 때 검출 한계, 깊이 분해능 및 측면 분해능과 같은 중요한 매개변수를 고려해야 한다. 이를 위해 아래 표에 몇 가지 기법의 비교가 나와 있다.

표 1: 특성 특성을 가진 기법의 비교

테크닉	약어	탐지 한계	깊이 해상도	측면 분해능	제공된 정보
탄성 반동 검출 분석	에르다	0.1 원자 [7]%	2nm ~ 5nm[7]	20µm[7]	깊이 종단 및 요소 구성
전송 전자 현미경	TEM	10−21[7]	없음, 씬 공정 능력 표본	1nm ~ 10µm[7]	화학구조 분석, 농도
아토믹 포스 현미경	AFM	변수	0.5nm[7]	0.5nm[7]	횡단 뷰
X선 반사율	XRR		0.5nm[7]		깊이 프로파일
중성자 반사율	NR	추적 요소에[7] 적합하지 않음	1nm[7]	10µm[7]	1H 및 H 깊이 프로파일
가변각 분광형 타원측정법	꽃병	0.001 원자 [7]%	100µm[7]		필름두께
X선 광전자 분광법	XPS	0.1-1 원자 [7]%	1nm[7]	10µm[7]	깊이 종단
동적 이차 이온 질량 분석	디심스	1012 - 10 원자16/cm3[7]	2~30nm[7]	50nm ~ 2µm[7]	원소 깊이 종단

ERDA의 특성

ERDA의 주요 특징은 다음과 같다.^[1]

• 원소수가 1차 이온의 원자번호보다 작은 한 다양한 원소를 동시에 분석할 수 있다.
• 주로 산란 단면적에 의존하는 이 기법의 민감도와 방법은 모든 빛 원소에 거의 동일한 민감도를 가진다. 이 경우 광원소는 원자 번호가 2와 50인 원소다.^[1]
• 깊이 분해능은 샘플과의 상호작용 후 중이온의 정지전력에 의존하며, 광원소에서 산란하는 중이온의 산란콘이 좁아 산란 1차이온의 검출이 감소한다.
• 기체이온화 검출기는 효율적인 반동감지를 제공하므로 이온빔에 대한 샘플 노출을 최소화하여 비파괴 기법이다. 이는 이온 빔 조사 시 불안정성과 손실로 알려진 수소의 정확한 측정에 중요하다.

그러한 특성 때문에 많은 그룹과 과학자들이 ERDA의 응용 분야를 탐구하게 되었다.

역사

ERDA는 1976년 L'Ecuyer 외 연구진에 의해 처음 입증되었다. 그들은 표본의 반동을 검출하기 위해 25-40 MeV Cl 이온을 사용했었다.^[8] 30년 이상 지난 후 ERDA는 두 개의 주요 그룹으로 나뉘었다. 첫째는 라이트 인시던트 이온 ERDA(LI-ERDA)이고, 둘째는 헤비 인시던트 이온 ERDA(HI-ERDA)이다.

LI-ERDA는 저전압 단일 엔드 가속기를 사용하는 반면, HI-ERDA는 대형 탠덤 가속기를 사용한다. 이러한 기법은 주로 중이온가속기가 재료연구에 도입된 후 개발되었다. LI-ERDA는 또한 종종 상대적으로 낮은 에너지(2 MeV) 4He 빔을 수소로 특별히 사용한다. 이 기법에서는 RBS에 의한 무거운 원소를 검출하기 위한 역스크래터 각도와 반동수소를 동시에 검출하기 위한 전방(레코일) 검출기 등 복수의 검출기가 사용된다. LI-ERDA의 반동 검출기에는 일반적으로 "범위 포일"이 있는데, 이는 산란 입사 이온을 차단하기 위해 검출기 앞에 놓이지만, 더 가벼운 반동 대상 원자가 검출기로 통과할 수 있도록 허용한다.^[9] 보통 10µm 두께의 마일러 호일은 2.6MeV He+ 이온을 완전히 막을 수 있지만, 반동된 양성자는 낮은 에너지 손실과 함께 통과할 수 있다.

HI-ERDA는 LI-ERDA에 비해 훨씬 다양한 원소를 연구하는데 사용될 수 있기 때문에 LI-ERDA에 비해 더 널리 사용된다. 무거운 원소를 식별하는 데 사용할 수 있다. 실리콘 다이오드 검출기, 비행시간 검출기, 가스 이온화 검출기 등 여러 검출기를 사용해 반동 표적 원자와 산란 빔 이온을 검출하는 데 사용된다. 그러한 검출기는 아래에 설명되어 있다.^[3] HI-ERDA의 주요 장점은 모든 샘플 요소의 정량적 깊이 프로파일링 정보를 한 번의 측정으로 얻을 수 있다는 것이다. 최근 연구에서는 이 기법을 이용해 얻은 깊이 분해능이 우수하다는 것을 밝혀냈다. 1 nm 미만의 깊이 분해능은 우수한 정량적 정확도로 얻을 수 있으므로 이러한 기법들은 다른 표면 분석 방법에 비해 유의미한 이점을 제공한다.^[10] 또한 접근 가능한 300nm 깊이는 이 기법을 사용하여 얻을 수 있다.^[11] 이 기법에서는 다른 에너지를 가진 Cl, Cu, I, Au를 포함한 광범위한 이온 빔을 사용하여 반동이 발생할 수 있다.

LI-ERDA와 HI-ERDA는 모두 유사한 정보를 제공한다는 점에 유의해야 한다. 기법의 명칭의 차이는 오직 소스로 사용되는 이온빔의 종류에 기인한다.

설정과 실험 조건은 이 두 기법의 성능에 영향을 미친다. 다중 산란, 이온 빔 유도 손상과 같은 요인은 데이터를 얻기 전에 고려해야 한다. 이러한 과정은 연구의 데이터 해석, 정량화 및 정확도에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 또한 입사각과 산란각은 샘플 표면 지형을 결정하는 데 도움이 된다. 표면 지형을 Ion Beam Analysis 기법에 통합하면 표면 층의 신뢰성 있는 특성화를 얻을 수 있다.

ERDA의 두드러진 특징

ERDA는 RBS와 매우 유사하지만 후각에서 발사체를 감지하는 대신 전방 방향에서 반동이 감지된다. 1979년 도일과 피어시는 수소 깊이 프로파일링에 이 기법의 사용을 확립할 수 있었다. 고에너지 중이온을 가진 ERDA의 두드러진 특징은 다음과 같다.^[12]

• 무거운 이온을 가진 큰 반동 단면은 좋은 감도를 제공한다. 더욱이 수소를 포함한 모든 화학 원소는 유사한 민감도와 깊이 분해능으로 동시에 검출할 수 있다.^[13]
• 0.1 원자율의 농도는 쉽게 검출할 수 있다. 샘플링 깊이는 샘플 재료에 따라 달라지며 1.5~2.5µm의 순이다. 표면 영역의 경우 10nm의 깊이 분해능을 달성할 수 있다. 분해능은 악화되며, 주로 샘플 내 이온의 에너지 스트래깅과 다중 스캐닝으로 인해 깊이가 증가한다.^[13]
• 광범위한 대상 원자의^[1] 질량 범위에 대해 동일한 반동 단면
• 이 기법의 독특한 특징은 수소에서 희토류 원소에 이르는 광범위한 원소의 원소 깊이 프로파일링이다.^[1]

ERDA는 RBS(Rutherford backscattering)의 몇 가지 한계를 극복할 수 있다. ERDA는 수소와 같은 가장 가벼운 원소에서부터 위에 설명한 것처럼 광질량 영역에서 고해상도 무거운 원소까지 원소의 깊이 프로파일링을 가능하게 했다.^[14] 또한 이 기법은 큰 영역 위치 민감 망원경 검출기의 사용으로 인해 매우 민감했다. 이 검출기는 특히 샘플의 원소들이 유사한 질량을 가질 때 사용된다. 망원경 검출기는 일반 검출기를 사용하여 원소를 분리하는 것이 극도로 어려워지기 때문에 표본에서 그러한 원소를 구별하는 한 가지 방법이다.^[1]

ERDA의 원리

발사체 에너지가 러더포드 산란에 해당하는 범위에 있다고 가정할 때 이 과정을 모델링하는 계산은 비교적 간단하다. 광 입사 이온의 발사체 에너지 범위는 0.5-3.0 MeV이다.^[15] I와 같은 무거운 발사체 이온의 경우 에너지 범위는 보통 60-120 MeV 사이이며,^[15] 중형 중이온 빔의 경우 ³⁶Cl은 약 30 MeV의 에너지를 가진 공통 이온 빔이다.^[1] 계측 섹션의 경우 중이온 폭격에 초점을 맞출 것이다. 입사 방향과 관련하여 ϕ 각도에서 후퇴하는 질량 m의₂ 원자를 샘플링하기 위해 질량 m과₁ 에너지 E의₁ 발사체 이온에 의해 전달된 E는₂ 다음 방정식으로 제시된다.^[1]

(1) E ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$=${\displaystyle \frac{}{}}$( ${\displaystyle \frac{4}{}}$ m ${\displaystyle \frac{{1\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{m\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}$)${\displaystyle \frac{}{}}$( ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ 1${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$+ ${\displaystyle \frac{{m\mathrm{}}_{}}{}}$ 2${\displaystyle \frac{{}_{}{}^{}}{}}$) 2$$( ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {1\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle \cos }$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}^{}}$ ⁡ ) $displaystyle E_{2}={\frac$ {($4m_{1}m_{$2}$m_{2}}}}}}{{{2}}}}}}}}($m_${1}+m_{2$}}^{$1}\pi})}).$

방정식 1은 ϕ 각도로 표본 원자를 타격하는 입사 이온으로부터의 에너지 전달과 대상 원자의 반동 효과를 모델링한다. 탄성 반동 검출 분석에서 무거운 이온의 경우₂ m/m₁ <1>이면 모든 반동 이온의 속도가 유사하다.^[15] 방정식 2에서 설명하는 바와 같이 이전 방정식에서 최대 산란각인 ,을^’_max 추론할 수 있다.^[15]

(2) ${\displaystyle {\theta m}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\displaystyle x_{}}$ =${\displaystyle {}_{}\arcsin }$ ${\displaystyle }$ ${\displaystyle m\frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}$ m ${\displaystyle \frac{{1\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\$}}:{$m_{1$}:{1$}}}}}}}}$

이러한 파라미터를 사용하여 흡수기 포일을 기기 설계에 통합할 필요가 없다. 중이온 빔과 위의 파라미터를 사용할 경우, 검출기에서 비껴진 각도에서 입사 입자 충돌 및 산란이 가능한 지오메트리를 추정할 수 있다. 이렇게 하면 검출기(Detector)가 보다 강도 높은 빔 에너지에서 분해되는 것을 방지할 수 있다.

차동탄성 반동 단면 σ은_ERD 다음과 같이 주어진다.^[1]

(3) σ ${\displaystyle E_{}}$ ${\displaystyle R_{}}$ ${\displaystyle D_{}}$= ${\displaystyle {Z\frac{{}_{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{1\mathrm{}}_{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{}_{}{}_{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{}_{}{}^{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{}^{}}{\mathrm{}}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{}_{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{E\mathrm{}}_{}}{}}^{}}$1 )${\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$ ( ${\displaystyle {\frac{{m\mathrm{}}_{}}{}}^{}}$1 + ${\displaystyle {\frac{{}_{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{{}_{}}{{}_{}}\frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}^{}}$ ) 2 ${\displaystyle {\cos }^{}}$ ${\displaystyle {-}^{}}$ ${\displaystyle 3^{}}${ ${\displaystyle \varphi }$ ${\displaystyle \sigma \ERD}=\left({\frac {Z_{1}Z_{2$}e$^{2$}}:{2$}{$2}{2}{2}{$2$}{2}}{2}{2}{2}}}}}}{2}}}}}{2}}}}}{2}{2}}}{2}}}}}}}}$E_{1}}\오른쪽)^{2}\왼쪽({\frac {m_{1}+m_{2$$}$$}}{m_{2}}:}\오른쪽)^{2}\cos ^{-3}\phi }$

여기서 Z와₁ Z는₂ 각각 발사체와 표본 원자의 원자 번호다.^[1] m₂/m₁ <<1 및 근사 m=2Z; Z가 Z와₁ Z의₂ 원자 번호인 경우. 식 (3)에서 두 가지 본질적인 결과를 볼 수 있다. 첫째, 감도는 모든 요소에 대해 거의 동일하며 둘째, 이온의 프로젝터에 대한 Z 의존성을₁⁴ 갖는다.^[1] 이를 통해 HI-ERSA에서 저에너지 빔 전류를 사용하여 시료의 열화와 과도한 난방을 방지할 수 있다.

중이온 빔을 사용할 때는 스퍼터링이나 비정형화 등의 검체 내 빔에 의한 손상에 주의해야 한다. 핵 상호작용만 고려한다면, 이탈한 원자에 대한 반동 비율은 Z와는₁ 독립적이며, 오직 입사 이온의 발사체 질량에 약하게 의존하는 것으로 나타났다.^[16] 중이온 폭격으로 비금속 검체의^[17] 경우 샘플의 이온빔에 의한 스퍼터가 증가하며 초전도체의 방사선 손상이 증가하는 것으로 나타났다. 어떤 경우에도 검출기 시스템의 허용 각도는 방사선 손상을 최소화하기 위해 가능한 한 커야 한다. 단, 이온빔이 시료를 투과하지 못해 심층 프로파일링 및 소자 분석을 줄일 수 있다.

오른쪽 그림은 ERDA의 원리와 주파수 획득 방법을 요약한 것이다.

그러나 큰 수용 각도의 요구는 검출 기하학에 대한 최적의 깊이 분해능 의존성의 요구와 상충된다. 표면 근사치 및 일정한 에너지 손실을 가정할 때 깊이 분해능 Δx는 다음과 같이 기록할 수 있다.^[1]

(4) ${\displaystyle \Delta }$ x =${\displaystyle \Delta \frac{}{}}$ E ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{E}}_{}^{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle S_{}^{}}$ ${\displaystyle e_{}^{}}$ ${\displaystyle l_{}^{}}$- 1 ${\$delta x$={\delta E_{2}}:{E_{2$}}:$S_{rel}^{-1}$

여기서 S는_rel 다음과 같이 정의되는 상대 에너지 손실 계수다.^[1]

(5) ${\displaystyle S_{rel}={\frac {\frac {dE_{1}}{dx}}{E_{1}}}{\frac {1}{\sin \alpha }}+{\frac {\frac {dE_{2}}{dx}}{E_{2}}}{\frac {1}{\sin \beta }}}$

여기서 α와 β는 각각 빔의 발생각과 반동 이온의 출구각으로 산란각 by=α+β에 연결되어 있다.^[1] 여기에서 깊이 분해능은 상대적인 에너지 분해능뿐 아니라, 들어오고 나가는 이온의 상대적인 정지력에 의해서만 결정된다는 점에 유의해야 한다.^[1] 측정 기하학과 관련된 검출기 분해능 및 에너지 확장은 에너지 확산 ΔE에 기여한다. 검출기 허용각과 유한 빔 스폿 크기는 등식 6에 따른 운동 에너지 확산 ΔE를_kin 유발하는 산란 각도 범위 Δe를 정의한다.^[1]

(6) Δ E ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle i_{}}$ ${\displaystyle n_{}}$= ${\displaystyle 2}$ ${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \mathrm{tann}}$ ${\displaystyle \text{Δ}}$Δ Δ Δ ϕ ${\displaystyle \varphi }$ {$${ {\$displaystyle \delta E_{kin}=2E_{2}\tan \pi \delta$\pi \delta \$pi$}}}

깊이 분해능에^[18] 대한 다양한 기여에 대한 상세한 분석은 이 운동학적 효과가 표면 가까이에 있는 주요 용어로서 허용된 검출기 허용 각도를 심각하게 제한하는 반면 에너지 스트래깅은 더 큰 깊이에서 분해능을 지배한다는 것을 보여준다.^[1] 예를 들어, 37.5°의 산란 각도에 대해 Δ³을 추정하여 일반적인 검출기 에너지 분해능 1%에 해당하는 키네마틱 에너지 이동을 일으키는 경우, 각도 확산 Δ³은 0.4°^[1] 미만이어야 한다. 각 확산은 빔 스폿 크기의 기여에 의해 이 범위 내에서 유지될 수 있지만 검출기의 솔리드 각도 형상은 0.04msr에 불과하다. 따라서 고밀도 분해능뿐만 아니라 고밀도 각도가 큰 검출기 시스템은 키네마틱 에너지 이동에 대한 보정을 가능하게 할 수 있다.

탄성 산란 이벤트에서 운동학에서는 대상 원자가 상당한 에너지로 반동될 것을 요구한다.^[19] 방정식 7은 이온 폭격 중에 발생하는 반동 운동학적 인자를 모델링한다.^[19]

(7) E ${\displaystyle \approx }$ ${\displaystyle K}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$

(8) K ${\displaystyle s_{}}$=${\displaystyle {}^{}}$(${\displaystyle {\frac{\cos }{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{}{}}^{}}$± ± ${\displaystyle {\frac{r\sqrt{{}^{}}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{\sqrt{{2\mathrm{}}^{}}}{}}^{}}$ -${\displaystyle {\frac{\sqrt{{}^{}{\sin }^{}}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{\sqrt{{2\mathrm{}}^{}}}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{\sqrt{{}^{}}}{}}^{}}$ θ${\displaystyle {\frac{}{\mathrm{\theta }}}^{}}$ ( 1${\displaystyle {\frac{}{}}^{}}$+${\displaystyle {\frac{r}{}}^{}}$ )${\displaystyle {\frac{}{}}^{}}$) ${\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$ ${\$ {\sqrt${r$^{$2}-\}-}}}}}}{{{{1+r}}}}}}}}}}\rig$){$data$){2}}:00$}}}}}}}}}}{2}}:$2}}:{{{{{{{{{{{2}}:}}}

(9) ${\displaystyle K}$ r${\displaystyle }$= ${\displaystyle 4\frac{\mathrm{}}{}}$ r ${\displaystyle \frac{\cos }{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}^{}}{}}$ (${\displaystyle \frac{1}{}}$+ ${\displaystyle \frac{r{}^{}}{}}$) ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}^{}}{}}$ ${\$$}}}}$

(10) r${\displaystyle }$= ${\displaystyle M\frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{1\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{M\mathrm{}}_{}}{}}$ 2 ${\$ r$={\frac {M_{1}:{2}}:$

방정식 7은 빔의 무거운 이온이 시료를 타격했을 때 충돌 사건의 수학적 모델을 제시한다. K는_s 산란각이 θ인 산란입자(Eq. 8),^[19] 반동각이 with인 반동입자(Eq.^[19] 9)의 운동인자로 불린다.^[19] 변수 r은 대상 핵의 질량에 대한 입사 핵의 질량의 비율이다(Eq 10).^[19] 이 입자의 반동을 달성하기 위해서는 시료가 매우 얇아야 하며 정확한 반동 탐지를 위해 기하학적 구조를 정밀하게 최적화해야 한다. ERD 빔 강도는 시료를 손상시킬 수 있기 때문에 시료의 손상을 줄이기 위한 저에너지 빔 개발에 투자해야 한다는 관심이 높아지고 있다.

음극은 두 개의 절연 반쪽으로 나뉘는데, 입자 입구 위치는 음극의 왼쪽, l, 오른쪽, r, 절반에 유도된 전하로부터 유도된다.^[1] 다음 방정식을 사용하여 입자 위치가 검출기에 들어갈 때 입자 위치의 x 좌표를 l 및 r 전하로부터 계산할 수 있다.^[1]

(11) x${\displaystyle }$= ${\displaystyle \frac{l}{}}$- ${\displaystyle \frac{}{}}$+ ${\displaystyle \frac{r}{}}$ ${\$

더욱이, y 좌표는 양극 펄스의 위치 독립성으로 인해 다음 방정식으로 계산된다.^[1]

(12) y${\displaystyle }$= ${\displaystyle l\frac{}{}}$+ ${\displaystyle \frac{r}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{t_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{o_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{t_{}}{}}$ ${\$

(x, y) 정보를 산란 각도로 변환하기 위해 ϕ 입구 창문 앞에 있는 탈착식 교정 마스크를 사용한다. 이 마스크는 x와 y 왜곡도 보정할 수 있다.^[1] 표기법 세부사항의 경우 음극은 몇 ms의 순서로 이온 드리프트 시간을 가진다. 검출기의 이온 포화를 방지하려면 검출기로 들어가는 입자 수에 1kHz의 한도를 적용해야 한다.

계측

탄성 반동 검출 분석은 원래 빔 억제를 위해 에너지 검출기 앞에 흡수기 호일을 부착한 수소 검출^[20] 또는 광원소(H, He, Li, C, O, Mg, K) 프로파일링을 위해 개발되었다.^[1] 흡수기 포일을 사용하면 높은 에너지 이온 빔이 검출기에 부딪히지 않고 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 흡수기 포일은 검출기의 수명을 증가시킨다. 흡수기 포일의 사용과 그 사용을 통해 발생하는 관련 어려움을 부정하기 위해 보다 진보된 기법이 구현되었다. 대부분의 경우, 일반적으로 Cl 이온인 중중 이온 빔은 지금까지 약 30 MeV의 에너지를 가진 ERDA에 사용되어 왔다. 탄성 반동 검출 분석을 통해 박막의 깊이 분해능과 요소 프로파일링이 크게 진전되었다.^[1] 왼쪽 그림 2는 중이온 빔이 샘플 원자와 충돌하여 발생하는 역스크래팅 및 반동 이온의 상호작용을 나타낸다.^[21]

이온 발생원 및 상호작용

자석이나 사이클로트론과 같은 입자 가속기는 전자기장을 구현하여 원소의 가속을 달성한다.^[23] 원자는 가속되기 전에 전기적으로 충전(이온화)되어야 한다.^[23] 이온화에는 대상 원자로부터 전자를 제거하는 것이 포함된다. 자석은 H-이온을 생산하는데 사용될 수 있다. Van de Graaff 발전기는 또한 가벼운 이온 빔 생성을 위해 그림 3에 나타낸 입자 가속기와 통합되었다.

예를 들어, 더 무거운 이온 생성을 위해 전자 사이클로트론 공명(ECR) 선원을 사용할 수 있다.^[23] 그림 4는 ECR의 도식도를 보여준다. 국립 초전도 사이클로트론 연구소에서 중성 원자는 ECR 이온 소스를 사용하여 전자를 제거한다.^[23] ECR은 염소와 요오드 등 원하는 원소의 증기를 이온화하여 작용한다. 또한 이 기법 금속(Au, Ag 등)을 활용하면 소형 오븐을 이용해 이온화하여 증기 단계를 달성할 수 있다.^[23] 증기는 원자가 전자와의 충돌에 의해 이온화될 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 자기장 내에서 유지된다.^[23] 전자파는 전자가 계속 움직이도록 하기 위해 챔버에 도포된다.

증기는 "자기병"이나 자기장에 직접 주입을 통해 유입된다.^[23] 원형 코일은 자석병에 모양을 제공한다. 코일은 방의 상단과 하단에 있으며, 측면에는 헥사폴 자석이 있다.^[23] 헥사폴 자석은 영구 자석이나 초전도 코일로 구성된다. 플라즈마는 챔버의 측면에 위치한 솔레노이드에서 흐르는 전류로 형성된 자기 트랩 안에 들어 있다. 헥사폴 자석에 의해 작용하는 방사상 자기장은 플라즈마를 또한 제한하는 시스템에 적용된다.^[23] 전자의 가속은 공명을 사용하여 달성된다. 이런 일이 일어나기 위해서는 전자가 공진대를 통과해야 한다. 이 구역에서, 그들의 자이로 주파수 또는 사이클로트론 주파수는 플라즈마 챔버에 주입된 마이크로파의 주파수와 동일하다.^[23] 사이클로트론 주파수는 균일한 자기장 B의 방향에 수직으로 움직이는 전하 입자의 주파수로 정의된다.^[24] 운동은 항상 원형이기 때문에 라디안/초 단위의 사이클로트론 주파수 Ω은 다음과 같은 방정식으로 설명할 수 있다.^[24]

(13) q${\displaystyle \frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{B}{}}$ ${\displaystyle \frac{}{}}$ ${\$q B$}{m}}$= Ω

여기서 m은 입자의 질량이고, 그것의 전하가 q이고, 속도는 v이다. 이온화는 가속 전자가 원하는 증기 원자와 충돌하여 단계별로 진행되는 과정이다. 전자의 자이로 주파수는 1.76x107 Brad/s초로 계산된다.^[25]

이제 원하는 수증기가 이온화되었으니 자석병에서 제거해야 한다. 이를 위해 자기장에서 이온을 끌어내기 위해 적용된 육각형 사이에 높은 전압이 흐른다.^[23] 챔버에서 이온 추출은 양극 편향된 플라즈마 챔버의 구멍을 통해 전극 시스템을 사용하여 수행된다.^[23] 일단 이온들이 챔버에서 추출되면, 가속을 위해 사이클로트론에게 보내진다. 사용되는 이온 선원이 수행되는 실험에 최적이라는 것은 매우 중요하다. 실제적인 시간 내에 실험을 수행하기 위해서는 가속기 콤플렉스에서 공급되는 이온에 정확한 원하는 에너지가 있어야 한다.^[23] 정확한 비행 궤적을 가진 이온만 사이클로트론에 주입해 원하는 에너지로 가속할 수 있다는 점에서 이온빔의 품질과 안정성을 신중하게 고려할 필요가 있다.^[23]

ERDA 중에 이온 빔 선원을 표본에 대한 방목 각도에 배치하는 것이 아이디어다. 이 설정에서 각도는 입사 이온이 검체에서 떨어져 나가 검출기와 접촉하지 않도록 하기 위해 계산된다. 이 방법에 이름을 부여한 물리적 근거는 입사 이온이 검출기에 도달하지 않는 각도에서 백스캐터하는 동안 입사 이온의 탄성 산란과 반동 샘플 원자의 검출에서 비롯된다. 이는 일반적으로 다음과 같이 그림에 표시된 반사 기하학에서 나타난다.^[1]

입사 이온이 검출기와 접촉하지 못하도록 하는 또 다른 방법은 흡수기 포일을 사용하는 것이다. 탄성 반동 입자를 분석하는 동안 특정 두께의 흡수기 포일을 사용하여 무거운 반동과 빔 이온이 검출기에 도달하는 것을 "정지"할 수 있으며, 배경 소음을 줄일 수 있다. 실험 설정에 흡수기를 통합하는 것은 달성하기가 가장 어려울 수 있다. 직접적 또는 산란적 방법을 사용하는 빔의 정지는 분석 중인 불순물 원자에 비해 무겁거나(빔 이온) 가벼운 불순물 원자도 정지시키지 않고 수행할 수 있다.^[26] 흡수기 필름을 사용할 때 다음과 같은 이점이 있다.

1) 대형 빔 Z는₁ 대형 러더포드 단면을 발생시키고, 단면이 대상과 거의 독립되어 있는 중량-온-조도 충돌의 운동성 때문에 M₁>> M과₂ M ~2Z를 발생시킨다. 이는 배경을 줄이는 데 도움이 된다.^[26]

2) 정지력이 높아져 300A에 이르는 Angstroms의 충분한 깊이 분해능이 제공되며, 실제로 흡수기에서 스트래깅을 통해 제한된다.^[26]

ERDA에 사용되는 흡수기 포일에 대한 주요 기준은 무거운 입자를 멈추면서, 반동하는 불순물 원자가 가급적 상업적으로 구할 수 있는 금속 포일을 통해 전달될 수 있는지 여부다.^[26] 가벼운 원자는 작은 에너지로 흡수기를 떠나기 때문에, 운동학적 계산은 큰 도움을 주지 못한다. 약 1 MeV/핵의 무거운 이온 빔을 사용하여 양호한 결과를 얻었다.^[26] 전반적으로 가장 좋은 후보는 Cl 이온 빔이다. 그러나 Br은 Cl 이온 빔에 비해 한 자릿수 이상의 감도를 제공할 것이다. 얇은 표본의 검출기의 질량 분해능은 ΔM/Δx ~ 0.3Amu/1000 Angstroms이다. 두꺼운 표본으로 질량 분해능은 θ30°에서 실현 가능하다. 두꺼운 샘플에서는 질량 분해능이 다소 저하되고 감도가 약간 손실된다. 검출기 솔리드 각도를 닫아야 하지만 두꺼운 샘플은 가열 없이 더 많은 전류를 소모할 수 있어 샘플 열화가 감소한다.^[26]

디텍터

이온 빔이 이온화된 표적 샘플 원자를 갖게 되면 샘플 이온은 검출기 쪽으로 후퇴한다. 빔 이온은 검출기에 도달하지 못하는 각도로 산란된다. 샘플 이온은 검출기의 입구 창문을 통과하며, 사용되는 검출기의 종류에 따라 신호가 스펙트럼으로 변환된다.

실리콘 다이오드 검출기

탄성 반동 검출 분석에서는 실리콘 다이오드가 가장 일반적인 검출기다.^[1] 이러한 유형의 검출기는 일반적으로 사용되지만, 이러한 유형의 검출기를 사용할 경우 몇 가지 주요한 단점이 있다. 예를 들어 무거운 이온을 검출할 때 에너지 분해능은 Si 검출기와 함께 현저히 감소한다. 방사선 피폭에 의한 검출기 손상 가능성도 있다. 이러한 검출기는 중이온 분석을 수행할 때 기능 수명이 짧다(5-10년).^[1] 실리콘 검출기의 주요 장점 중 하나는 단순성이다. 그러나 앞으로 흩어진 중보 이온의 범위를 넓히려면 이른바 레인지 포일(range poil)과 함께 사용해야 한다. 따라서 단순 레인지 포일 ERD는 크게 두 가지 단점이 있는데 첫째, 에너지 스트래글에 의한 에너지 분해능 상실과 둘째, 레인지 포일의 두께 불균형성,^[27] 그리고 다양한 반동 대상 원소에 대한 신호의 고유불가능성이다.^[19] 열거된 단점을 제외하고, 실리콘 검출기가 장착된 ERDA 범위 포일은 여전히 강력한 방법이며 상대적으로 작업하기가 쉽다.

비행검출기 시간

ERDA의 또 다른 탐지 방법은 비행시간(TOF)-ERD이다. 이 방법은 실리콘 검출기와 동일한 문제를 제시하지 않는다. 그러나 TOF 검출기의 처리량은 제한적이다. 검출은 직렬 방식(한 번에 검출기의 이온 1개)으로 수행된다. 이온의 TOF가 길수록 시간 분해능(에너지 분해능과 동일)이 좋아진다.^[19] 통합형 솔리드 스테이트 검출기가 있는 TOF 분광기는 작은 솔리드 각도로 제한되어야 한다. HI-ERSA를 수행할 때 TOF 검출기 및/또는 ionE/E 검출기(예: 이온화 챔버)를 사용하는 경우가 많다.^[28] 이러한 유형의 검출기는 일반적으로 고밀도 분해능을 위해 작은 고체 각도를 구현한다.^[28] 왼쪽 그림 6은 ERDA에서 일반적으로 사용되는 비행 시간 검출기를 보여준다.^[21] 무거운 이온은 가벼운 이온보다 비행시간이 길다. 현대적 비행시간 계측기의 검출기는 감도, 시간 및 공간 분해능, 수명 등이 개선되었다.^[29] 하이 매스 양극성(고중량 이온 감지), 2세대 울트라 패스트(기존 검출기보다 2배 빠른 속도), 고온(최대 150 °C까지 작동) TOF는 비행 시간 계측기와 통합된 상용 검출기 중 일부에 불과하다.^[29] 선형 및 반사-TOF가 더 일반적인 계측기다.

이온화 검출기

세 번째 유형의 검출기는 가스 이온화 검출기다. 가스 이온화 검출기는 실리콘 검출기에 비해 몇 가지 장점이 있는데, 예를 들어 가스를 지속적으로 보충할 수 있기 때문에 빔 손상에 전혀 영향을 미치지 않는다.^[19] 대형 면적 이온화 챔버를 이용한 핵 실험은 입자 및 위치 분해능을 증가시켜 왔으며, 어떤 특정 기하학에도 쉽게 동화될 수 있다.^[1] 이러한 유형의 검출기를 이용한 에너지 분해능의 제한요인은 출입구 창문으로, 20~90mbar의 기압에 견딜 수 있을 정도로 강해야 한다.^[19] 초박형 실리콘 질화 유리창은 설계의 획기적 단순화와 함께 도입되었는데, 이는 저에너지 ERD를 위한 보다 복잡한 설계에 거의 못지 않게 훌륭하다는 것이 입증되었다.^[30] 이 검출기는 또한 무거운 이온 러더포드 백스캐터터링 스펙트로메트리에서도 구현되었다. 그림 7은 이소부탄이 검출기 기체로 있는 가스 이온화 챔버를 나타낸다.^[21]

이 검출기에서 얻은 에너지 분해능은 헬륨 이온보다 무거운 이온 빔을 사용할 때 실리콘 검출기보다 좋다. 이온화 검출기의 설계는 다양하지만 검출기의 일반적인 개략도는 양극과 음극 전극 사이에 Frisch 그리드를 배치한 횡단장 이온화 챔버로 구성된다. 양극은 특정한 거리에 의해 분리된 두 개의 판으로 세분된다.^[31] 양극에서 원자 번호 Z뿐만 아니라 ∆E(에너지 손실), E_rest(손실 후 지속 에너지),^[32] E_tot(총 에너지 E_tot= Δε+E_rest) 신호도 추론할 수 있다.^[1] 이 특정 설계에서 사용된 가스는 20-90mbar의 압력에서 이소부탄이었고, 유량은 전자적으로 제어되었다(이전 그림). 입구 창문은 폴리프로필렌 호일을 사용했다. 호일 두께의 동질성이 절대 두께보다 검출기 에너지 분해능에 더 중요하다는 점에 유의해야 한다.^[1] 중이온을 사용·검출하면 에너지 손실 변동에 의해 에너지 손실 스트래깅의 효과가 쉽게 추월되는데, 이는 호일 두께가 다른 직접적인 결과물이다. 음극 전극은 두 개의 절연 반쪽으로 나뉘기 때문에 입자 입구 위치 정보는 오른쪽 반쪽과 왼쪽 반쪽에서 유도된 전하로부터 도출된다.^[1]

반동 샘플 원자의 ERDA 및 에너지 검출

반동 샘플 원자의 에너지만 측정하는 전송 기하학에서 ERDA는 핵물리 실험을 위한 표적 포일의 오염 분석에 광범위하게 사용되었다.^[1] 이 기법은 탄소 오염과 같은 민감한 실험에 사용되는 여러 가지 포일 오염물질을 식별하는 데 탁월하다. I 이온빔을 사용하여 다양한 원소의 프로필을 얻을 수 있고 오염의 양을 결정할 수 있다. 높은 수준의 탄소 오염은 흑연 지지대와 같은 지지대의 빔 편차와 연관될 수 있다. 이것은 다른 서포트 재료를 사용하여 수정할 수 있다. Mo 지지대를 사용하면 탄소 함량이 20-100에서 감소할 수 있다.%~1-2 at.잔류 가스 구성 요소에서 발생하는 산소 오염의 % 수준.^[1] 핵 실험의 경우, 높은 탄소 오염은 매우 높은 배경을 초래하고 실험 결과는 그 배경에 대해 왜곡되거나 덜 다를 수 있다. ERDA와 중이온 발사체를 사용하면 반동의 에너지만 측정해도 얇은 포일의 광원소 함량에 대한 귀중한 정보를 얻을 수 있다.^[1]

ERDA 및 입자 식별

일반적으로 다른 반동 원소의 에너지 스펙트럼은 유한한 샘플 두께로 인해 겹치기 때문에 다른 원소의 기여를 분리하기 위해 입자 식별이 필요하다.^[1] 분석의 일반적인 예는 TiNO-Cu와_xy BaBiKO의 박막이다. TiNO-Cu_xy 영화는 뮌헨 대학에서 개발되었으며 탠덤 태양 흡수기로 사용된다.^[1] 그림 8은 영화의 다양한 구성 요소를 보여준다. 구리 코팅과 유리 기질도 확인되었다. ERDA는 Lutherford backscattering spectrometry와 결합되어 있을 뿐만 아니라 ERDA와 유사한 과정이다. 7.5 mrs의 고체 각도를 이용하면 TiNO-Cu의_xy 이러한 특정 분석에 대해 반동을 검출할 수 있다. 반동 탐지를 위해 항상 시스템의 기하학을 고려하는 실험을 설계할 때 중요하다. 이 기하학에서, eq. 2에 따르면, Cu가 표본의 가장 무거운 구성품이므로, 산란 발사체는 검출기에 도달할 수 없었다.^[1] 이러한 반동 이온으로부터의 신호의 적재를 방지하기 위해, Δε 펄스 카운트 레이트에 500 Hz의 한계를 설정할 필요가 있었다.^[1] 이는 20개 입자 pA 이상의 레이스의 빔 전류에 해당된다.^[1]

박막 분석의 또 다른 예는 BaBiKO이다. 이 유형의 필름은 산화 초전도체에서 가장 높은 온도 중 하나에서 초전도성을 보였다.^[1] 이 필름은 그림 9와 같이 중이온-ERDA를 사용하여 소자 분석을 수행하였다. 폴리머 필름의 이러한 원소 성분(Bi, K, Mg, O, 탄소 오염)은 이온화 챔버를 사용하여 검출되었다. 칼륨 외에, 가벼운 원소들은 행렬 안에서 명확하게 분리되어 있다.^[1] 매트릭스로부터, 필름 내부에 강한 탄소 오염의 증거가 있다. 일부 필름에서는 K 대 탄소 오염 비율이 1:1이었다.^[1] 이러한 구체적인 필름 분석을 위해 오염원을 오일 확산 펌프로 추적하여 오일 없는 펌핑 시스템으로 대체하였다.^[1]

ERDA 및 위치 분해능

위의 예에서, 주요 초점은 박막에서 발견되는 구성 입자의 식별이었고, 깊이 분해능은 덜 중요했다.^[1] 심층 분해능은 다른 샘플 계층에서 샘플의 요소 구성의 프로필을 측정해야 할 때 애플리케이션에서 매우 중요하다. 이것은 재료 특성화를 위한 강력한 도구다. 지표면 아래 층에서 원소 농도를 정량화할 수 있는 것은 화학적 성질에 관련된 많은 정보를 제공할 수 있다. 높은 민감도, 즉 큰 검출기 고형각은 관련된 키네마틱 에너지 이동이 보정된 경우에만 고심 분해능과 결합할 수 있다.^[1]

탄성반동검출해석의 물리적 프로세스

전방 반동 산란 과정의 기본 화학은 물질과의 전하 입자 상호작용이라고 간주된다. 전방 반동 분광법을 이해하려면 탄성 및 비탄성 충돌에 관련된 물리학을 알아야 한다. 탄성 충돌에서는 오직 운동 에너지만이 산란 과정에 보존되며 입자 내부 에너지의 역할은 없다. 비탄성 충돌의 경우처럼 운동 에너지와 내부 에너지가 산란 과정에 참여한다.^[33] 2체 탄성 산란의 물리적 개념은 원소 물질 특성화를 위한 몇 가지 핵 방법의 기초가 된다.

리코일(뒷면 산란) 분광법의 기초

반동 분광법을 다루는 데 있어 근본적인 측면은 박막이나 고체 물질과 같은 물질의 전자 후방 산란 과정을 포함한다. 대상 물질에서 입자의 에너지 손실은 대상 샘플이 횡방향으로 균일하고 단일 동위원소 소자로 구성된다고 가정하여 평가한다. 이것은 침투 깊이 프로파일과 탄성 산란 수율 사이의^[34] 단순한 관계를 허용한다.

후방 산란 분광 분석의 물리적 개념에 대한 주요 가정

• 두 몸 사이의 탄성 충돌은 발사체에서 표적 분자로의 에너지 전달이다. 이 과정은 운동학 및 질량 지각성의 개념에 따라 달라진다.
• 충돌 발생 확률은 단면 산란 정보를 제공한다.
• 밀집된 매체를 통해 이동하는 원자의 평균 에너지 손실은 단면 정지 및 깊이 지각 능력에 대한 아이디어를 제공한다.
• 밀도가 높은 매체를 통해 이동하는 동안 원자의 에너지 손실로 인한 통계적 변동. 이 과정은 에너지 스트래깅의 개념으로 이어지고 후방 산란 분광기에서의 궁극적인 깊이와 질량 분해능에 대한 한계로 이어진다.^[35]

전방 반동 스펙트럼 해석에 매우 중요한 물리적 개념은 깊이 프로파일, 에너지 스트래깅 및 다중 산란이다.^[36] 이러한 개념은 다음 절에 자세히 설명되어 있다.

깊이 프로파일 및 분해능 분석

반동분광분석을 특징짓는 핵심 매개변수는 깊이 분해능이다. 이 매개변수는 원자 분포의 변동을 샘플 계층의 깊이 함수로 측정하는 분석 기법의 능력으로 정의된다.

저에너지 전진 반동 분광학 측면에서 수소와 중수소 깊이 프로파일링은 수학적 표기법으로 표현할 수 있다.^[37]

Δx = ΔE_total/(dE_det/dx)

여기서 ΔE는_det 다채널 분석기에서 채널의 에너지 너비로 정의되며, dE_det/dx는 반동 입자의 유효 정지 전력이다.

두 개의 궤적이 대상 표면에 수직인 평면에 있고, 유입 및 송신 경로가 주어진 충돌 깊이와 산란 각도를 위해 가능한 최단 경로임을 고려하여, 충돌 깊이 함수로 계산되는 입출 이온 빔을 고려한다.

충돌하는 이온은 표면에 도달하여 angle 각도를₁ 만들고, 안쪽으로 향한 이온은 표면에 정상이다. 충돌 후 그들의 속도는 angle 각도를 바깥 표면과 정상으로 만들고, 원자는 처음에는 정지 상태에서 θ₁₁ 각을 이 정상으로 만든다. 입자가 목표 표면을 통과할 수 있도록 이러한 각도 중 하나에서 검출이 가능하다. 입자의 경로는 표면에 대한 정규 분포를 따라 측정되는 충돌 깊이 x와 관련이 있다.^[36]

이 그림은 입구와 출구가 모두 대상 표면에 수직인 경우 대상 표면에 흩어진 발사체를 평면적으로 나타낸 것이다.

임팩팅 이온의 경우, ${\displaystyle {유입\mathrm{}}_{}}$ 경로 L의₁ 길이는 L ${\displaystyle {}_{}}$= ${\displaystyle x\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{\cos }{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}{1\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\$에 의해 주어진다.

산란 발사체의 출구 경로 길이 L은₂ : ${\displaystyle {L\mathrm{}}_{}}$ 2${\displaystyle {}_{}}$= ${\displaystyle x\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{\cos }{}}$ ${\displaystyle \frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\$

그리고 마지막으로 반동의 나가는 경로 L은₃ : ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}}$= ${\displaystyle x\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{\cos }{}}$ cos${\displaystyle \frac{{\theta \mathrm{}}_{}}{}}$3 {\$displaystyle L_{$3}={\$frac${$x}{\cos \theta _{$3}}}}}}}이다.

이 그림은 들어오는 경로와 나가는 경로가 모두 대상 표면에 수직인 경우 대상 표면의 반동 이온 경로를 평면적으로 나타낸 것이다.

이 단순한 경우 충돌면이 대상 표면에 수직인 경우, 충돌 이온의 산란각은 θ = π-θ-θ-θ이고₁₂ 반동각은 φ = π-θ-θ-θ-θ이다₁₃.

충돌면과의 표적 각도는 α로 취하고, 경로는 1/cos α의 인수로 증강한다.

나가는 입자를 충돌 깊이로 변환하기 위해 기하학적 요인을 선택한다.

반동 R(φ, α)은 sin₃ L = R(φ, α)L로₁ 정의된다.

${\displaystyle R(\phi ,\alpha )={\cos \theta _{1}\cos \alpha \\cos \\sqrt {\cos ^{2}\alpha -\cos ^{1}\cos \thea _{1}\cos \pi}}}}}}}}}}}$

발사체 R(φ,α) by의₂ 전방 산란인 경우:L = R( r₁,α)L R( cos,α) = cos₁ sincosα/Sin cos-(cosα-cosθ²²₁)-cosposcosθ₁.

아래 그림은 반동 분광법의 기하학적 구성이다. 산란 입자의 경로는 입사 빔의 경우 L₁, 산란 입자의 경우₂ L, 반동 원자의₃ 경우 L로 간주된다.

에너지 깊이 관계

^[38]

산란이 발생하는 초기 에너지 E에₀ 대한 깊이(x)에서 입사 입자의 에너지₀ E(x)는 다음 공식에 의해 주어진다. (Tirira) J, 1996)

${\displaystyle E_{0}(x)=E_{0}-\int _{0}^{(x/\cos \theta 1)S(E)\,dL_{1}--Equation(1)}$

마찬가지로 산란 입자에 대한 에너지 표현식은 ${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ 1${\displaystyle {}_{}}$( ${\displaystyle x}$)${\displaystyle }$= K ${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ 0${\displaystyle {}_{}}$( x${\displaystyle }$)${\displaystyle }$-${\displaystyle {}_{}^{}}$∫ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}^{}}$( ${\displaystyle x{}_{}^{}}$/ ${\displaystyle {\cos }_{}^{}}$ cos ${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle 2_{}^{}}$) S (${\displaystyle E}$ )${\displaystyle }$d ${\displaystyle {L\mathrm{}}_{}}$ 2${\displaystyle {}_{}}$-${\displaystyle }$- - E${\displaystyle q}$ ${\displaystyle u}$ a t i ${\displaystyle o}$ ${\displaystyle n}$( 2 )${\displaystyle E_{1}(x)=$이다.$KE_{0}(x)-\int _{0}^{{0}^{(x/\cos \theta 2)}S(E)\,dL_{2}---등가(2)}$

그리고 반동 원자의 경우: ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$(${\displaystyle x}$ )${\displaystyle }$= ${\displaystyle {}^{}{e\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle E{}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}^{}{}_{}}$( x${\displaystyle }$)${\displaystyle }$- ${\displaystyle {}_{}^{}}$ 0${\displaystyle {}_{}^{}}$( x${\displaystyle {}_{}^{}}$/ ${\displaystyle {\cos }_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle 3_{}^{}}$) ${\displaystyle S}$ r${\displaystyle }$( ${\displaystyle E}$) d ${\displaystyle L{}_{}{3\mathrm{}}_{}}$- -${\displaystyle }$- ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle q}$ ${\displaystyle u}$ a ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle o}$n ( ${\displaystyle 3}$)$${\$displaystyle E_{2}(x)=K'$이다.$E_{0}(x)-\int _{0}^{0}^{(x/\cos \theta 3)}Sr(E)\,dL_{3}---등가(3)}$

단위 경로당 에너지 손실은 보통 정지 전력으로 정의되며, 다음과 같이 표현된다: ${\displaystyle }$= ${\displaystyle d\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{E}{}}$ ${\displaystyle \frac{d}{}}$ x ${\$ S$={\frac {dE}{dx}}}$

구체적으로 정지 동력 S(E)는 이온의 에너지 E의 함수로 알려져 있다.

에너지 손실 계산의 시작점은 다음과 같은 표현으로 설명된다.

${\displaystyle \Delta E=\int _{0}^{\\델타 x}{\frac {dE}{dx}}\,dx}$

위의 방정식과 에너지 절약을 적용하여 3가지 사례에 표현 예시

${\displaystyle L_{1}=\int _{E_{0}(x)}^{E_{0}{\frac {dE}{S(E)}}}}}}}}$

${\displaystyle L_{2}=\int _{E_{1}(x)^{E_{0}1(x)}{\frac {dE}{S(E)}}}}}}}}$

${\displaystyle L_{3}=\int _{E_{2}(x)^{E_{0}2(x)}{\frac {dE}{Sr(E)}}}}}}}}$

여기서 E₀₁(x)= KE₀(x) 및 E₀₂(x)=K'E₀(x)

S(E)와 S_r(E)는 표적 물질에서 발사체 및 반동력을 정지시키고 있다.

최종 정지 단면은 ɛ(E)= S(E)/N으로 정의된다.

ɛ은 단면계수를 정지시키고 있다.

에너지 경로 척도를 얻기 위해 우리는 목표 표면에서 방출되는 에너지 E2 빔의 에너지 변화 ΔE를₂ 충돌 깊이의 증가 Δx에 대해 평가해야 하며, 여기서 E는₀ 고정된 상태를 유지한다. 명백히 이것은 경로 길이 L과₁ L의₃ 변화를 야기한다. 충돌 지점 x 주위의 경로 변화는 산란 전 해당 에너지 변화와 관련이 있다.

ΔL1 = ΔE₀(x)/S[E₀(x)----- 방정식 5

또한 깊이 x에서 산란 후 약간의 에너지 차이가 있는 입자는 나가는 경로에서 약간의 에너지 손실을 겪는다. 그런 다음 경로 길이 L3의 Δ L3 변경은 ΔL3 = Δ(x)]/ Sr[K₀'E0(x) + Δ(E₂)/SE_r2) -------Equality 6

Δ L1은 충돌 직후 에너지 변동에 의한 경로 변동이며, Δ L3는 외부 경로를 따라 에너지 손실의 변동에 의한 경로 변동이다. L3=R(φα)L1, 양보와 함께 파생 dL1/dE2에 대해 Δ x = 0을 고려하여 방정식 5와 6을 푸는 방법

dL1/dE2 = 1/{S_r(E₂)/S_r[K'E₀(x)]}{{R(φ,α) S_r[K'E₀(x)]+K'S[E₀(x)]]} ---------Equation 7

탄성분광학에서 [S]라는 용어는 에너지 손실 인자 [S] = K'S(E(x))/Cos θ₁ + S_r(K'E(x)2)2Cos₂ -------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------에쿼티 8

최종 정지 단면은 ε(E) ≡S(E)/N에 의해 정의된다. 여기서 N은 대상 물질의 원자 밀도다.

단면 계수 [ε] = ((K^'((E(x))/cos θ₁)+(ε_r)+(ε' K^' E(x)/coses₃) 중지 --------------------------------------------------

깊이 해상도

반동 분광계를 특징짓는 중요한 매개변수는 깊이 분해능이다. 깊이의 함수로서 원자 분포의 변동을 감지하는 분석 기법의 능력으로 정의된다. 작은 깊이 간격에서 발생하는 반동계통의 에너지 분리 능력. 깊이 분해능에 대한 표현은 다음과 같이 주어진다.

ΔR_x = ΔE_T/[{S_r(E₂)/SK_r'E₀(x)}][R(φ,α)SK_r'E₀(x)+K'SE₀(x)]-----------등가 10

여기서 ΔE는_T 시스템의 총 에너지 분해능이며, 분모에 있는 큰 표현은 초기, 산란 및 반동 이온 빔의 경로 통합의 합이다.^[40]

심층 분해능의 실제적 중요성

깊이 분해능의 개념은 약간 다른 깊이에서 발생한 산란 입자의 에너지를 분리하는 리코일 분광법의 능력을 나타낸다 ΔRx는 농도 프로파일을 결정하기 위한 절대 한계로 해석된다. 이러한 관점에서 ΔRx의 크기 순서의 깊이 간격으로 구분된 농도 프로파일은 스펙트럼에서 분간할 수 없으며, 깊이 프로파일을 할당하는 데 ΔRx보다 더 나은 정확도를 얻는 것은 분명히 불가능하다. 특히 ΔRx 미만으로 분리된 농도 프로파일의 특징에 해당하는 신호가 스펙트럼에서 강하게 중첩된다는 사실.

이론적 한계와 실험적 한계에서 비롯된 유한 최종 깊이 분해능은 이상적인 상황을 고려할 때 정확한 결과로부터 편차를 가진다. 최종 분해능은 이론적 추정에서 벗어나는 세 가지 용어의 결과물이므로 고전적 깊이 분해능 ΔRx와 같은 이론적 평가와 정확히 일치하지 않는다.^[36]

• 분자 사이에 퍼진 에너지의 근사치로 인한 불경도.
• 정지 검정력 및 횡단면 값에 대한 데이터의 불일치
• 반동수율의 통계적 변동(계수 소음)

에너지 확대가 리코일 스펙트럼에 미치는 영향

스트래글링(Stragling) : 입자와 샘플 사이의 개별 충돌 횟수가 많기 때문에 밀도가 높은 매체에서의 입자의 에너지 손실은 자연에서 통계적인 것이다. 그러므로 초기에는 단방향 에너지 빔과 단방향 빔의 진화는 에너지와 방향의 분산으로 이어진다. 그 결과로 나타나는 통계적 에너지 분배 또는 초기 에너지로부터의 편차를 에너지 스트래깅이라고 한다. 에너지 스트래깅 데이터는 물질의 깊이 함수로 표시된다.^[41]

에너지 계층화 이론: 에너지 계층화 분포는 ΔE의 비율에 따라 세 개의 영역으로 나뉜다. 즉, ΔE는 평균 에너지 손실이고 E는 궤적을 따라 입자의 평균 에너지인 ΔE/E이다.^[41]

1. 낮은 에너지 손실 분율: 경로 길이가 작은 매우 얇은 필름의 경우, 여기서 ΔE/E 01 0.01 ≤, 란다우 및 바빌로프는 큰 에너지 전달과 빈번하지 않은 단일 충돌이 에너지 손실을 일정량 기여한다는 것을 도출했다.

2. 에너지 손실의 중간 분율: 0.01< ΔE/E ≤ 0.2인 지역의 경우. 전자적 상호작용에 기초한 보어의 모델은 이 경우에 대해 스트래깅하는 에너지를 추정하는데 유용하며, 이 모델은 빔에 의해 가로지르는 전자의 면적 밀도 측면에서 스트래깅하는 에너지의 양을 포함한다.^[43] 에너지 분포의 표준 편차 ΩB는₂ 다음과 같다: ΩB²=4π((²Ze₁²₂)NZ∆x. 여기서 NZΔx는₂ 경로 길이 증가 Δx에 대한 단위 면적당 전자 수입니다.

3. 에너지 손실의 큰 부분: 0.2< ΔE/E ≤ 0.8 지역의 부분 에너지 손실의 경우, 정지 전력의 에너지 의존성은 에너지 손실 분포를 보어의 계단식 기능과 다르게 한다. 따라서 보어 이론은 이 경우에 적용할 수 없다.^[41] 이 경우에 서행하는 에너지를 이해하는데 있어서 다양한 이론적 진보가 이루어졌다.^[44] 0.2< ΔE/E ≤ 0.5의 지역에서 Symon에 의해 straggling에 대한 에너지 표현이 제안되었다. M은₁ 모멘텀 Mi(Mi₁ = M+M₂, M은 정지 전력의₂ 깊이로 stragling의 변화)의 함수다.^[45]

Tschalar 외.^[41]는 미분 방정식을 푸는 스트래깅 함수를 도출했다: d Ω²/dx = S(E) .d Ω²/dE

대칭에 가까운 에너지 손실 스펙트럼에 유효한 Tschalar의 표현은 ^[46]Ω² T = S²[E(x)]](E²) dE/S³(E)이다.

여기서 σ²(E)는 단위 길이당 에너지 손실 분포의 분산(또는 단위 길이당 에너지 손실 분산을 나타냄) 에너지 입자에 대한 단위 길이 당 에너지 스트래깅을 나타낸다. E(x)는 깊이 x에서의 평균 에너지다.

질량 분해능

유사한 방식으로 질량 분해능은 대상의 두 인접 요소에서 발생하는 두 신호를 분리하는 반동 분광 능력을 특징으로 하는 매개변수다. 두 종류의 원자가 질량 ΔM만큼₂ 질량이 다를 때 충돌 후 반동 원자의 에너지 ΔE의₂ 차이는 다음과^[36] 같다.

ΔE₂/ ΔM₂ = E (dK₀'/dM₂)

ΔE₂/ ΔM₂ = 4E₀(M-M₁₁₂)cosescos²/(M₁+M₂)²

질량 분해능 ΔMR(≡ ΔE₂/ ΔM₂).

로우 빔 에너지 사용의 주된 제한은 질량 분해능 감소다. 다른 질량의 에너지 분리는 사실 입사 에너지에 정비례한다. 질량 분해능은 상대 E와 속도 v에 의해 제한된다.

질량 분해능의 식은 ΔM = √((M/∂E)이다.∆E)² + √(∂M/∂v.∆v)²

ΔM = M(√(((E)/E)+√(²2.∆v/v))²

E는 에너지, M은 질량, v는 입자 빔의 속도다.ΔM은 질량 차이를 감소시킨다.

전방 반동분광분광법에 의한 다중 산란계

^[36]

이온 빔이 물질에 침투할 때, 이온은 연속적인 산란 현상을 겪으며 원래 방향에서 이탈한다. 초기 단계에서 이온의 빔은 잘 시준되지만(단일 방향) 무작위 매체에서 Δx의 두께를 통과한 후 광 전파 방향은 확실히 정상 방향과 다르다. 그 결과, 초기 방향에서 각도와 측면 편차가 모두 발생할 수 있다.^[47] 이 두 가지 매개변수는 아래에 설명되어 있다. 따라서 경로 길이가 예상보다 증가하여 이온 빔의 변동이 발생할 것이다. 이 과정을 다중 산란이라고 하는데, 충돌 횟수가 많아 자연적으로 통계적인 것이다.

측면 변위 케이스 1

대상 표면의 횡방향 편차로 인한 이온 빔의 변동은 x – 방향으로 향하는 이온 빔의 다중 산란을 고려함으로써 설명된다.^[48]

각도 편차 케이스 2

아래 그림에서 가우스 피크의 형상 영역(이상 상태)과 각도 편차 피크는 상당한 차이가 있다.^[49] 그리고 α는 물질을 관통하는 이온빔의 각도 편차로 인한 각도다.

다중 산란현상에 관한 이론 및 실험 연구

^[36]

다중 산란 현상에 대한 연구에서 보의 각도 분포는 고려를 위해 중요한 수량이다. 가로 방향 분포는 세로 방향 변위는 각도 분산의 결과물이기 때문에 가로 방향 분포는 세로 방향 분포와 밀접한 관련이 있다. 측면 분포는 물질에서 빔 프로파일을 나타낸다. 측면 분포와 각도 분포는 모두 상호의존적이다.^[50]

다중 산란 분석은 20년대 보테(Bothe, W,1921)와 완젤(Wentzel, G,1922)이 작은 각도의 잘 알려진 근사치를 사용하여 시작했다. 1929년부터 1945년까지 윌리엄스에 의해 상당히 멀리 발전된 에너지 스트래글링과 다중 산란 물리학.^[51] 윌리엄스는 '다중 산란' 분포를 작은 산란 각도로 인한 가우스 유사 부분과 큰 각도로 인한 단일 충돌 꼬리로 맞추는 이론을 고안했다. E.J. 윌리엄은 다른 시나리오에서 다중 산란을 설명하기 위해 베타 입자 스트래글링, 빠른 전자와 알파 입자의 다중 산란, 그리고 산란으로 인한 구름 곡률 트랙을 연구했고 산란에 의한 평균 투영 편향 발생을 제안했다. 그의 이론은 후에 알파 입자의 다중 산란으로 확대되었다. Gossmit과 Sunderson은 큰 각도를 포함한 Multiple Disclosing의 보다 완벽한 처리를 제공했다.^[52] 큰 각도에 대해 Gossmit은 산란 분포를 위해 숫자로 평가되는 일련의 범례 다항식을 고려했다. 쿨롱 산란으로부터의 각 분포는 몰리에르(Moliere:1948)에 의해 자세히 연구되었고, 더 나아가 마리온과 동료들에 의해 계속되었다. 마리온, J.B., 그리고 영, FC.는 핵반응 분석에서 물질 내 전하 입자의 에너지 손실, 전하 입자의 다중 산란, 양성자, 중수소 및 알파 입자의 범위, 고체 내 이온의 평형 전하 상태 및 탄성적으로 산란된 입자의 에너지와 관련된 표 정보를 제공했다.^[53] 스콧 박사는 결과와 응용뿐 아니라 기본 이론, 수학 방법의 완전한 리뷰를 제시한다.^[47] Meyer는 단일 단면 계산에 기초하여 소각에서의 다중 산란 비교 개발을 제시한다.^[54] 지그문트와 윈터본은 마이어의 계산을 좀더 일반적인 사례로 확대하기 위한 계산을 재평가했다. Marwick과 Sigmund는 Multiple Disclanization에 의한 횡방향 확산에 대한 개발을 수행하였고, 그 결과 각 분포와 간단한 스케일링 관계가 이루어졌다.^[55]

적용들

HI-ERDA와 LI-ERDA는 유사한 응용 프로그램을 가지고 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 두 기술의 유일한 차이점은 표본의 폭격에 사용되는 원천의 에너지뿐이다.

일반적으로 ERDA는 폴리머 과학, 재료 과학 – 반도체 재료, 전자제품, 박막 특성화 분야에서 많은 응용 분야를 가지고 있다.^[56] ERDA는 중합체 과학에서 널리 사용된다.^[57] 폴리머는 수소가 풍부한 물질로 LI-ERDA가 쉽게 연구할 수 있기 때문이다. 중합체, 폴리머 혼합물 및 조사로 인한 폴리머 구성의 진화를 검사할 수 있다. HI-ERDA는 마이크로 전자 및 광전자 응용을 위해 처리되는 신소재 분야에서도 사용될 수 있다. 또한 박막의 요소 분석과 깊이 프로파일링도 ERDA를 사용하여 수행할 수 있다.

ERDA가 과학자들에 의해 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 예는 아래와 같다. 컴포토 외 연구진이 수행한 실험 중 하나에서 ERDA 스펙트럼은 171°C에서 240초 동안 아닐링한 후 중수 폴리스티렌(dPS) 매트릭스에 있는 폴리스티렌(PS) 박막에 대해 얻었다. 이 스펙트럼은 왼쪽 그림 16에 표시된다.

위의 플롯은 두꺼운 PS 위에 얇은 dPS 레이어(약 200 Angstroms)에서 각 채널 번호의 정규화된 수율이라는 점에 유의해야 한다. 정규화된 수율은 보통 검출된 원자의 수입니다. 그러나 채널링은 이온의 빔이 결정 축이나 평면과 같은 단일 결정의 주요 대칭 방향과 조심스럽게 정렬될 때 발생한다. 이 상태에서 대부분의 빔은 원자의 끈에 의해 형성된 채널을 통해 조향된다. 채널이 있는 입자들은 산란을 겪을 만큼 원자핵에 충분히 가까이 갈 수 없다. 그 후 그림 17에서와 같이 농도 대 깊이 프로파일을 얻기 위해 전자적으로 여러 수학 연산을 수행했다. 수학 방정식에 대한 자세한 설명은 출처를 참조하십시오.

ERDA는 이러한 모든 어플리케이션 외에도 소자 전송 메커니즘을 따르는 방법 중 하나이다. 더 중요한 것은 부식 및 마모에 의해 유도된 인터페이스 근처의 수소 이송은 ERDA를 이용하여 조사할 수 있으며,^[58] ERDA는 또한 다양한 매체에서 구성 진단을 수행하는 데 사용될 수 있다.^[59]

비호환성 고분자 사이의 인터페이스와 무기 고체 물질과의 인터페이스에서 고분자 분자가 자유 고분자 표면에서 어떻게 동작하는지를 특징짓는 것은 우리의 근본적인 이해와 첨단 응용에서 고분자의 성능을 향상시키는데 중요하다. 예를 들어, 두 폴리머의 접착력은 폴리머 세그먼트 사이의 인터페이스에서 발생하는 상호작용에 따라 크게 달라진다. LI-ERDA는 중합체 과학의 이러한 측면을 정량적으로 조사하기 위한 가장 매력적인 방법 중 하나이다.

폴리머의 원소 농도 및 깊이 프로파일을 연구하기 위해 이 기법을 사용하여 얻은 대표적인 LI- ERDA 스펙트럼은 아래 그림 18에 나타나 있다. 두꺼운(500nm) PS 매트릭스에 있는 얇은(20nm) dPS 추적 필름의 ERDA 스펙트럼이다.

수소와 중수소 프로파일은 이 기법을 사용하여 다양한 폴리머 혼합물을 사용하여 측정할 수 있다. 그린과 러셀은 폴리스티렌 인터페이스에서의 중수성 폴리스티렌/폴리메타메타릴레이트 코모폴리머와 ERDA를 사용하는 폴리티렌과 폴리메틸메타크릴레이트 호모폴리머의 인터페이스에서의 폴리메틸메틸메타실트릴레이트 호모폴리머의 분리를 연구했다. 그들은 또한 복합체/Al 또는 Si 구조물의 인터페이스 특성도 연구했다.^[60] 그림 19는 PS와 PMMA의 인터페이스에서 분리된 P(d-S-b-d-MMA) 블록 복합체 체인의 수율 대 에너지의 대표적인 ERD 스펙트럼인 결과를 나타낸다.

이 프로파일은 그림 20을 얻기 위해 여러 수학 연산을 수행한 후 볼륨 비율 대 깊이로 변환될 수 있다. 그림 20에서 음영 영역은 인터페이스 초과다. PS 위상은 x<0에 위치하는 반면 PMMA 위상은 x>0에 위치한다.^[60] 그림에 대한 완전한 분석을 얻으려면 출처를 참조하십시오.

따라서 저자들은 PS와 PMMA 호몰리머 단계 사이의 계면 영역과 온도 상승 사이에 복합체 체인이 분리되는 반면 다른 것들은 대량으로 유지되는 것을 볼 수 있었다.^[60] 유사한 연구는 ERDA의 기술을 사용하여 쉽게 수행할 수 있다.

600과 1000 keV 사이의 에너지 범위에 있는 프로파일은 균질화합체에서 나오는 수소이고 1000과 1400 keV 사이에 있는 다른 프로파일은 복합체 사슬에서 나오는 중수소 프로파일이다.^[60]

이온 삽입술은 폴리머의 물리적 성질을 변형시키고 그 전기적, 광학적, 기계적 성능을 향상시키기 위해 사용되는 방법 중 하나이다.^[58] 이온 삽입술은 물질의 이온이 전기장에서 가속되어 이온이 이 물질에 삽입되는 물질에 충격을 주는 기술이다. 이 기술은 많은 중요한 용도가 있다. 그러한 예 중 하나는 은색 플라즈마를 생체 의학 티타늄에 도입하는 것이다. 관절 보형물, 골절 고정장치, 치과용 임플란트 등 티타늄 기반의 임플란트 장치가 인간의 삶과 환자의 삶의 질 향상에 중요하기 때문에 이것이 중요하다.^[61] 그러나 바이오메디컬 티타늄은 오스서 통합과 항균 능력이 부족하다. PIII(Plasma Inducation Ion Ion Implant, PIII)는 인공임플란트 및 생물의학 장치의 생물학적 활동뿐만 아니라 다기능성, 기계성, 화학성질을 향상시킬 수 있는 물리적 기법이다. ERDA는 이 현상을 매우 효과적으로 연구하는데 사용될 수 있다. 더욱이 많은 과학자들은 전자나 저에너지 광이온 또는 고에너지 중이온에 의한 조사 후 전기전도도, 광학적 투명성, 부식 저항성, 다양한 폴리머의 내마모성 등의 진화를 측정해 왔다.^[58]

전자소자는 보통 산화물, 질화물, 규산염, 금속, 폴리머 또는 도핑된 반도체 기반 매체로 구성된 순차적 얇은 층으로 구성된다(Si, Ge 또는 AsGa).^[58] 이 구조들은 HI-ERDA에 의해 연구될 수 있다. 이 기법은 다른 방법들에 비해 한 가지 주요한 이점을 가지고 있다. 불순물의 프로필은 일정한 입사 에너지에서 원샷 측정으로 확인할 수 있다.^[62] 게다가, 이 기술은 수소, 탄소, 산소 함량뿐만 아니라 다양한 물질에서 수소, 탄소, 산소의 밀도 프로파일을 연구할 수 있는 기회를 제공한다.

박막의 구성을 연구하기 위해서는 기법의 조합이 필요하다. 이온 빔 기법 – RBS와 탄성 반동 검출 분석 조합은 박막의 깊이 프로필뿐만 아니라 샘플의 원소 구성을 연구할 수 있는 매력적인 방법임이 입증되었다. ERDA 기법은 산란 입사 이온과 반동 표적 원자의 질량과 에너지를 분리할 수 있다. 특히 H, B, C, N, O와 같은 광원소를 무거운 재료 배경에서 프로파일링하는 것이 유용하다. 따라서 박막의 구성을 연구하는 데 유용한 기술임을 입증했다. 수소 밀도 프로파일의 처리와 유지의 특징에 대한 의존도, 수소가 주입된 것이 오산화디탄탈룸의 유전체 특성에 미치는 영향도 연구할 수 있다.

동의어 및 두문자어

• ERD = 탄성 반동 검출^[63]
• ERDA = 탄성 반동 검출 분석^[64]
• FRS = 전진 반동 분광법^[65]
• FRS = 전진 반동 분광법^[66]
• HFS = 수소 전방 산란^[67]

참조