论文摘要
薄膜厚度分析在材料科学、半导体技术、光学器件及生物材料中历来受到人们的重视，随着薄膜技术的应用与发展，越来越需要有对膜厚更加准确和灵敏的测量方法和技术。通常采用的膜厚光学测量法只能给出透明材料的线性厚度，而不能对非透明材料进行厚度测量，也不能直接给出被测材料的质量厚度。由于重带电粒子穿过物质时运动方向几乎不发生改变，而粒子能量又是随穿越路径连续发生变化，因此通过测量粒子穿过薄膜后的能量损失，即可灵敏地测出薄膜的质量厚度。这种薄膜质量厚度的能损测量法，需要有已知能量的单能重带电粒子，用加速器产生这种粒子非常昂贵和不方便，由放射性核放出的α粒子满足这一单能性的要求，这种粒子源的使用也很方便，因此本文选择对用α粒子测量薄膜厚度中的问题进行研究，拟为用α能法测量薄膜厚度提供更准确的方法。论文分析了影响膜厚测量准确性的因素来源，认为主要原因有：一是α粒子穿过膜后的能量损失的测量误差；二是由能量损失的测量值计算膜厚时所采用的α粒子在该材料中的阻止本领的不准确。针对第一种原因，论文提出应在测量α粒子的能谱仪中，采用能量分辨率高的金硅面垒探测器和放大倍数稳定的线性脉冲放大器，以及用精密稳定的脉冲发生器对谱仪进行能量刻度，并从实验上给出了用精密脉冲发生器得到的能量线性很好的刻度曲线。针对第二种原因，论文采用分层计算法得到薄膜的总厚度，即把薄膜厚度看成由若干层构成，由于每一层非常薄，以至α粒子在该层中的能量损失率为一常数，这一常数由α粒子进入这一层的能量决定。结果表明，由分层法计算得到的Mylar膜厚度测量结果比通常不分层计算得到的结果的准确性可以提高70％以上。此外，为了扩大用α粒子能损法测量薄膜厚度的量程，本文分析了探测器所加电压大小和测量室真空度的高低对测量量程的影响，为扩大薄膜厚度测量量程提供了有意义的参考。土壤样品中的放射性活度用高纯锗(HPGe)γ谱仪测量是一种最准确的了解环境放射性水平的方法，也是一种研究水土流失的有效方法。该种测量方法是将待测样品与已知活度的标准样品进行比较测量得到的，当待测样品在所装样品量的多少和密度与标准样品的不一致时要产生测量误差，用蒙特卡罗(M.C)方法模拟计算可以有效地减小这一误差，该方法已在修正用γ谱仪测量土壤样品的放射性活度误差中得到了广泛的应用。用该方法计算通常情况下需对系统进行详尽的描述，特别是当样品屏蔽室的构成复杂时，这种描述就更加烦琐和容易出现描述错误。本文提出了一种简化描述的方法，即在计算用HPGe探测器对土壤样品的探测效率时，可以简化对样品屏蔽室部分的描述。通过两种描述方法的对比计算，证明了所提出的简化描述方法的正确性和方便性。该结果为用M.C方法模拟计算γ谱仪对样品发射γ射线的探测效率提供了一种方便的系统描述方法。