專利名稱:一種正電子平均壽命分解方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于正電子壽命譜應(yīng)用領(lǐng)域,特別是涉及正電子平均壽命分解為各個缺陷壽命分量的方法。
背景技術(shù):
正電子湮沒譜學(xué)是研究材料缺陷的有效方法。無論何種正電子湮沒譜方法,實驗的重點都是為了測量缺陷的正電子捕獲率和捕獲率的溫度依賴性。因為捕獲率直接與缺陷濃度和捕獲系數(shù)相關(guān),捕獲系數(shù)的溫度依賴性能夠鑒別缺陷的電荷態(tài)以及淺捕獲態(tài)。目前正電子壽命譜常用的分析方法主要有兩種分立分析方法和連續(xù)分布分析方法,特別是分立分析方法。PATFIT正電子壽命擬合軟件主要使用的是分立分析方法,這在大部分的壽命譜分析文獻中都有介紹。[1]P. Kirkegaard ;M. EI dr up, Positronfitextended:A new version of a program for analysing position lifetime spectra.Computer Physics Communications 1974,7,7,401. [2]P. Kirkegaard;p..EldruM;0.Mogensen, Program system for analyzing positron ligetime spectra and anglecorrelation curves. Comput. Phys. Commun 1981,23,307.在所研究材料的缺陷體系較為復(fù)雜,或者處理半導(dǎo)體材料中的缺陷問題時,這種算法只能解四個以下不相關(guān)聯(lián)的壽命譜。當(dāng)缺陷種類很復(fù)雜,甚至出現(xiàn)缺陷相互關(guān)聯(lián)的情況時,常規(guī)的壽命譜分解程序PATFIT只能得到可信的平均壽命,而壽命分量以及缺陷相關(guān)的信息,比如缺陷的正電子捕獲率、濃度、正電子結(jié)合能等物理量都不能夠得到,這一困擾使得正電子研究人員無法對材料的缺陷體系進行更深入的分析。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有正電子壽命譜解譜技術(shù)的缺點,以及正電子壽命譜儀分辨本領(lǐng)的不足,提供了一種正電子平均壽命分解方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是正電子平均壽命分解方法,包括以下的步驟步驟1,根據(jù)用戶所研究的材料樣品的壽命的成分種數(shù),確定缺陷體系,求解對應(yīng)缺陷體系下理論上的正電子平均壽命溫度關(guān)系,得到初始的擬合模型函數(shù);步驟2,優(yōu)化及約束擬合模型函數(shù),包括以下子步驟,步驟2. I,輸入正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù);步驟2. 2,根據(jù)預(yù)設(shè)的壽命值參數(shù),對步驟I所得理論上的正電子平均壽命溫度關(guān)系進行簡化,優(yōu)化擬合模型函數(shù);步驟2. 3,輸入預(yù)設(shè)的擬合條件,對步驟2. 2中的擬合模型函數(shù)進行約束;步驟3,擬合并獲取結(jié)果,包括以下子步驟,步驟3. 1,根據(jù)步驟2優(yōu)化及約束后的擬合模型函數(shù),采用最小二乘法原理,對步驟2. I輸入的正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù)進行擬合,根據(jù)擬合后所得的擬合模型函數(shù)生成最小二乘擬合曲線;
步驟3. 2,采用步驟3. I擬合后所得的擬合模型函數(shù),提取擬合參數(shù),根據(jù)預(yù)設(shè)的常溫下缺陷捕獲系數(shù)的大小,計算并輸出最終結(jié)果。而且,所述擬合模型函數(shù)的待擬合參數(shù)包括各類缺陷捕獲率和缺陷濃度,實現(xiàn)方式如下,步驟I中,通過缺陷的類型、缺陷個數(shù)以及缺陷關(guān)聯(lián)與否,根據(jù)缺陷的正電子捕獲 以及湮沒模型進行求解,得到對應(yīng)缺陷體系下理論上的正電子平均壽命溫度關(guān)系;構(gòu)建對應(yīng)的正電子平均壽命的初始的擬合模型函數(shù),初始的擬合模型函數(shù)含有多個未知參數(shù);步驟2. 2中,根據(jù)預(yù)設(shè)的壽命值參數(shù),對正電子平均壽命的初始的擬合模型函數(shù)進行優(yōu)化,減少未知參數(shù)數(shù)目;步驟2. 3中,所述預(yù)設(shè)的擬合條件包括讀取待擬合參數(shù)的初始值和上下限,對擬合模型函數(shù)進行約束。而且,執(zhí)行步驟3. 2后,計算步驟3. I進行擬合的擬合優(yōu)度,若擬合優(yōu)度滿足要求,保存步驟3. 2所得最終結(jié)果;若擬合優(yōu)度不滿足要求,返回步驟I重新調(diào)整缺陷體系,或者返回步驟2. 2調(diào)整預(yù)設(shè)的壽命值參數(shù),或者返回步驟2. 3重新調(diào)整預(yù)設(shè)的擬合條件,直到滿足要求后保存最后一次執(zhí)行步驟3. 2所得最終結(jié)果。而且,步驟3. I中,采用最小二乘法原理進行擬合的方式為,對待擬合參數(shù)選擇最優(yōu)的值使得擬合模型函數(shù)和待擬合的正電子平均壽命在對應(yīng)測量溫度的殘差的加權(quán)平方和具有最小值,所述待擬合的正電子平均壽命和對應(yīng)測量溫度由步驟2. I輸入的正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù)提供。而且,所述正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù)是保存在TXT文件下的正電子平均壽命與測量溫度關(guān)系,存儲格式為正電子平均壽命之間用空格隔開,正電子平均壽命和對應(yīng)的測量溫度之間用分號隔開。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果為,可對不同材料在不同缺陷體系下,對實驗得到的正電子平均壽命的溫度關(guān)系進行擬合分解,獲取和缺陷相關(guān)的參數(shù)值,以提供材料中缺陷的定量信息。
圖I為本發(fā)明實施例的流程圖。圖2為本發(fā)明的一種缺陷體系下正電子湮沒和捕獲模型示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明要解決的核心問題是平均正電子壽命與壽命譜的重心相對應(yīng),與分解過程無關(guān),因而更穩(wěn)定、可靠。通過分解平均壽命的溫度關(guān)系,獲取所研究材料中與缺陷相關(guān)的定量信息,包括各類缺陷的正電子捕獲率、缺陷濃度以及正電子結(jié)合能。本發(fā)明將會涉及到的一些物理量符號所對應(yīng)的物理意義列在表格I里其中正電子能夠從體態(tài)被捕獲到里德伯態(tài)有一個捕獲率KR、逃逸率Sk以及結(jié)合能Ek(K E_v, 6 E_v, Ee_v對應(yīng)的是與空位缺陷相關(guān)的物理量,同樣K E_dis, 6 E_dis, EK_dis對應(yīng)的是與位錯缺陷相關(guān)的物理量),特別地當(dāng)溫度很低的時候,定義空位的捕獲率K v=KE0_v以及位錯的捕獲率K dis=KE0_dis ;而0 K_v和0 K_dis分別表示里德伯態(tài)到空位和到位錯正電子捕獲率;入為湮沒率。下標(biāo)b為體態(tài)(the bulk)、v為單空位(vacancy)、dis表示位錯(dislocation)以及v-c則表示空位團(vacancy cluster)。表I正電子捕獲以及湮沒過程對應(yīng)的物理量符號
權(quán)利要求
1.一種正電子平均壽命分解方法,其特征在于,包括以下的步驟 步驟1,根據(jù)用戶所研究的材料樣品的壽命的成分種數(shù),確定缺陷體系,求解對應(yīng)缺陷體系下理論上的正電子平均壽命溫度關(guān)系,得到初始的擬合模型函數(shù);步驟2,優(yōu)化及約束擬合模型函數(shù),包括以下子步驟, 步驟2. I,輸入正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù); 步驟2. 2,根據(jù)預(yù)設(shè)的壽命值參數(shù),對步驟I所得理論上的正電子平均壽命溫度關(guān)系進行簡化,優(yōu)化擬合模型函數(shù); 步驟2. 3,輸入預(yù)設(shè)的擬合條件,對步驟2. 2中的擬合模型函數(shù)進行約束; 步驟3,擬合并獲取結(jié)果,包括以下子步驟, 步驟3. 1,根據(jù)步驟2優(yōu)化及約束后的擬合模型函數(shù),采用最小二乘法原理,對步驟2. I輸入的正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù)進行擬合,根據(jù)擬合后所得的擬合模型函數(shù)生成最小二乘擬合曲線; 步驟3. 2,采用步驟3. I擬合后所得的擬合模型函數(shù),提取擬合參數(shù),根據(jù)預(yù)設(shè)的常溫下缺陷捕獲系數(shù)的大小,計算并輸出最終結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的正電子平均壽命分解方法,其特征在于所述擬合模型函數(shù)的待擬合參數(shù)包括各類缺陷捕獲率和缺陷濃度,實現(xiàn)方式如下, 步驟I中,通過缺陷的類型、缺陷個數(shù)以及缺陷關(guān)聯(lián)與否,根據(jù)缺陷的正電子捕獲以及湮沒模型進行求解,得到對應(yīng)缺陷體系下理論上的正電子平均壽命溫度關(guān)系;構(gòu)建對應(yīng)的正電子平均壽命的初始的擬合模型函數(shù),初始的擬合模型函數(shù)含有多個未知參數(shù);步驟2. 2中,根據(jù)預(yù)設(shè)的壽命值參數(shù),對正電子平均壽命的初始的擬合模型函數(shù)進行優(yōu)化,減少未知參數(shù)數(shù)目; 步驟2. 3中,所述預(yù)設(shè)的擬合條件包括讀取待擬合參數(shù)的初始值和上下限,對擬合模型函數(shù)進行約束。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的正電子平均壽命分解方法,其特征在于執(zhí)行步驟3.2后,計算步驟3. I進行擬合的擬合優(yōu)度,若擬合優(yōu)度滿足要求,保存步驟3. 2所得最終結(jié)果;若擬合優(yōu)度不滿足要求,返回步驟I重新調(diào)整缺陷體系,或者返回步驟2. 2調(diào)整預(yù)設(shè)的壽命值參數(shù),或者返回步驟2. 3重新調(diào)整預(yù)設(shè)的擬合條件,直到滿足要求后保存最后一次執(zhí)行步驟3. 2所得最終結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的正電子平均壽命分解方法,其特征在于步驟3.I中,采用最小二乘法原理進行擬合的方式為,對待擬合參數(shù)選擇最優(yōu)的值使得擬合模型函數(shù)和待擬合的正電子平均壽命在對應(yīng)測量溫度的殘差的加權(quán)平方和具有最小值,所述待擬合的正電子平均壽命和對應(yīng)測量溫度由步驟2. I輸入的正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù)提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正電子平均壽命分解方法,其特征在于所述正電子平均壽命溫度關(guān)系數(shù)據(jù)是保存在TXT文件下的正電子平均壽命與測量溫度關(guān)系,存儲格式為正電子平均壽命之間用空格隔開,正電子平均壽命和對應(yīng)的測量溫度之間用分號隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個正電子平均壽命分解方法,包括以下步驟先設(shè)定所研究材料體中的缺陷類型以及個數(shù),根據(jù)待處理的正電子平均壽命值的大小以及對應(yīng)的測量溫度繪圖,然后采用理論上計算所得到的正電子平均壽命的溫度關(guān)系,構(gòu)建簡化的正電子平均壽命模型函數(shù),再設(shè)定約束條件、通過最小二乘法原理,對實驗測量的正電子平均壽命進行擬合,并輸出結(jié)果。本發(fā)明不僅可以分解多個相關(guān)聯(lián)缺陷的壽命譜,而且還可以得到缺陷的正電子捕獲率、濃度等等物理量,對復(fù)雜缺陷體系的研究具有重要實用價值,同時本發(fā)明所提供的技術(shù)方案還具有良好的擴展性。
文檔編號G01N23/06GK102680500SQ201210174938
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者劉亮亮, 周凱, 龐錦標(biāo), 王柱, 田豐收 申請人:武漢大學(xué)