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窒化物光半導体のフロンティア -材料潜在能力の極限発現-

領域代表者 名西 憓之

V族窒化物半導体の点欠陥と発光ダイナミックスの研究

代表者 上殿 明良

 研究目的

■ 陽電子消滅とは

 陽電子消滅の解説書

 化合物半導体の論文

 その他の論文
 
 陽電子消滅の基礎
 
 測定方法
 
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 陽電子消滅とは

導入
陽電子は,電子の反物質であり質量,スピン(1/2)は同じであるが正の電荷を持っています.電子と衝突することで対消滅し,主に2本のγ線 を放射します.このときγ線のエネルギーはアインシュタインの式E=mc2で与えられ,1本のγ線のエネルギーは511keVとなります.


▲ 物質中での陽電子消滅の様子


物質中に打ち込まれた陽電子は,急速に減速(熱化)され電子と消滅します.このとき,陽電子の運動量は電子の運動量に比べ十分に小さいため 消滅γ線は,陽電子が消滅した場所での電子の運動量情報を持っていると考えられます.また,物質中の電子は運動量をもっているため,消滅γ線はドップラー効果の影響を受けます. 電子と陽電子が静止している場合は,先述のとおりγ線エネルギーEγは511keVになりますが,電子が運動している場合運動量とエネルギーの保存則が成り立つため,Eγはドップラー拡がり(ΔEγ)を示します. 従って,測定されるγ線のエネルギー分布は,ΔEγの大きさによって拡がったものとなります.


▲ 空孔型欠陥の検出

陽電子は正の電荷を持っているため,原子核からクーロン反発力を受けます.従って,バルク中では陽電子は格子間位置に存在し,電子と対消滅します. 一方,バルク中に原子空孔や空隙が存在する場合,陽電子はこれらの欠陥に捕獲されて,電子と消滅します. このとき,陽電子は欠陥のサイズが大きいほど価電子(運動量の低い電子)と衝突する確立が増すため,ΔEγが小さくなりエネルギー分布がシャープになります. 511keVを中心として,任意のエネルギー幅を持つウィンドウに入る陽電子をカウントし,全カウント数で割って規格化することでSパラメータを決定します. Sパラメータの大小によって,物質中の空孔型欠陥の評価が可能となります.空孔濃度上昇,欠陥サイズの増大=Sの値の上昇

説明
より詳しい解説は,下記の試料を参照してください.

■ 陽電子消滅による材料分析



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