بررسی تکنیک تجزیه ای RBS

مقدمه:
تكنيك RBS يكي از تكنيك هاي تجزيه اي مي باشد كه اجبار استفاده از شتاب دهنده را بنا كرده است اين يك ابزار مهم براي تجزيه مواد و ايجاد يك روش قدرتمند براي رسيدن به توزيع عمقي عناصر ناخالص در ppm در نواحي سطحي كم از نمونه مي باشد و بر مبناي پراكندگي را در ؟؟ مي باشد. همچنين به طور اختصار RBS هم ناميده مي‌شود. كه همان Ruther ford Backscattering Spectrometry مي باشد. اين روش از آناليز بر مبناي آشكارسازي (تشخيص) ذرات باردار كه به صورت الاستيك بوسيله هسته هاي نمونه مورد آناليز پراكنده شده اند مي باشد و مي تواند بوسيله y(a,a)y نشان داد.

RBS انرژي ذرات باردار (معمولاً ) را اندازه مي گيرد كه از نمونه به صورت معكوس توزيع يافته (هندسه پخش ) ميزان كاهش انرژي در برخورد با هسته هاي اتمي وابسته به عدد اتمي z هر عنصر حاضر در ماده هدف مي باشد. اگرچه اندازه گيري هاي RBS فقط هنگامي مي تواند خيلي درست و واقع گرايانه باشد كه فقط در جهت وارونه (عقب) باشد در حاليكه اندازه گيري هاي عملي و قابل استفاده معمولاً شامل پخش در جهت وارونه به خوبي جهت جلو (به سمت جلو) مي باشد و توزيع با غير مقطع عرضي را در فون (سطوح متقاطع غير را در ؟؟ اگر نيروهاي هسته اي مهم شوند آن در انرژي هاي بالاي برخوردي اتفاق مي افتد و زوايا

ي پراكندگي بالا و عدد اتمي پايين از ماده هدف).
بنابراين اسم RBS در برخي موارد اسم درستي انتخاب نشده است و RBS برخي اوقات پراكندگي الاستيك ذره اي (Particle Elastic Scattering) ناميده مي شود.
تكنيك RBS به صورت گسترده براي آناليز لايه نزديك سطح جامدات بكار مي رود و براي تعيين پروفايل غلظت مهم مي باشد. عمق عناصر سنگين در مواد سبك به عنوان تابعي از انرژي آشكار مي شود. استفاده از RBS با پرتو دوترون يك سازش مفيد بين RBS پروتوني و ذرات مي باشد كه براي لايه هاي ضخيم تر اغلب در هنر و باستان‌شناسي مورد استفاده قرار مي گيرد (Barfoot 1986) با استفاده از PIXE ، آناليز چند عنصري در محدوده‌ي زيادي از عناصر در نواحي عمقي ممكن است، ولي تكنيك RBS يك نقطه مثبت نسبت به تكنيك در مواردي كه توزيع عمقي يك يا عناصر بيشتر مطلوب مي‌باشد، دارد ) عمق آناليز شده (ميكرومتر) براي يون هاي He و براي پروتونها)
روش هاي ديگر نمايش ناخالصي استفاده از واكنشهاي هسته اي (NRA) مي باشد كه محدود به برخي عناصر سبك مي شود.

سينماتيك:
براي تفرق (پراكندگي) در سطح نمونه تنها مكانيزم از دست دادن انرژي مومنتم كه به اتم هدف منتقل شده مي باشد نسبت انرژي اتم‌هاي پرتاب شونده قبل و بعد از برخورد عامل سينماتيكي گفته مي شود.
مقدار بيشتري جدايي بين انرژي هاي اجزاي به طور معكوس توزيع يافته از اجزاء سبك نسبت به اجزاء سنگين وجود دارد. بخاطر اينكه يك مقدار قابل توجه از مغتم جابجا شده از جزء برخوردي به اتم هدف سبك هنگاميكه جرم اتم هدف افزايش پيدا مي كند، مغتم كمتري به اتم هدف منتقل مي شود و انرژي اجزاء به طور معكوس توزيع يافته به صورت جانبي به انرژي اجزاء برخوردي نزديك مي شود. به اين معني است كه RBS براي تشخيص بين دو جزء سبك خيلي مفيدتر از تشخيص بين دو عنصر سنگين است.

RBS قدرت تفكيك جرمي خوبي براي اجزاي سبك دارد اما براي اجزاي و عناصر سنگين وضوح و جرمي خوبي ندارد كه براي رسيدن به وضوح جرمي خوب در پايان راه حلي آورده شده است.
براي مثال زماني كه به اجزاء سبك برخورد مي كند (O,N,C) يك جزء قابل توجه از انرژي برخورد كننده (پرتاب شونده) به اتم هدف منتقل مي شود و انرژي ثبت شده براي رويداد توزيع يافتگي به صورت معكوس خيلي كمتر از انرژي پرتو مي باشد. معمولاً ممكن است كه C ، N ، p و Si را از همديگر مجزا كرد ولو اينكه اين عناصر در جرم فقط در حدود ۱amV باهم تفاوت دارند. بهرحال هنگاميكه جرم اتمي كه به آن برخورد وارد مي شود (يعني جرم اتمي جزء نمونه) افزايش يابد جزء كمتر و كمتري از انرژي جزء پر تاب شده در طول برخورد به جزء هدف منتقل مي شود و انرژي اتم به طور معكوس توزيع يافته شده به صورت مجانب ؟؟ پرتو نزديك مي شود.
ممكن نيست كه W را از Ta و يا Fe را از Ni مجزا قرار داد زمانيكه اين عناصر در يك عمق مساوي از نمونه قرار داشته باشند ولو اينكه اين عناصر سنگين همچنين در جرم نيز فقط در حدود ۱amV تفاوت دارند يك موضوع وابسته مهم اين است كه He نمي تواند به صورت وارونه از اتم هاي H يا He در يك نمونه پراكنده شود. عناصري سبك يا سبك تر از عناصر پرتاب شده در عوض مي توانند در مسير رو به جلو با انرژي قابل توجه پراكنده شوند. بنابراين، اين عناصر نمي توانند با استفاده از RBS كلاسيك كشف شوند. اگرچه با جايگذاري يك آشكارساز بطوريكه اين رويدادهاي پراكندگي به سمت جلو مي تواند ثبت شود، اين عناصر مي توانند به صورت كمي بوسيله يك اصل شبيه RBS اندازه گيري شوند.
سطوح متقاطع پراكندگي (Scattering cross sectous)

تعداد نسبي اجزاء توزيع معكوس يافته از يك اتم هدف درون يك زاويه فضايي داده شده براي يك تعداد داده شده از اجزاء برخوردي مربوط به تفاوت سطوح متقاطع پراكندگي مي باشد. سطوح متقاطع پراكندگي بطور اساس متناسب با مربع عدد اتمي اتم هدف مي باشد. عكس بازده نسبي براي He توزيع معكوس يافته از اين عناصر را وقتي كه در سطح نمونه آشكار شوند را نشان مي دهد. نمودار نشان مي دهد كه RBS بيش از ۱۰۰ برابر حساس مي باشد (براي عناصر سنگين

 

نسبت به عناصر سبك بدليل سطوح متقاطع پراكنش بزرگتر عناصر سنگين.
قدرت بازدارندگي (Stopping Power)
فقط يك بخش كوچك از اجزاء برخوردي دستخوش برخورد نزديك با يك هسته اتمي مي شوند و به بيرون نمونه توزيع معكوس پيدا مي‌كنند. اكثر اتم هاي He برخوردي (تابش) درون نمونه قرار مي‌گيرند. زماني كه اجزاء تفحص به عمق كمي در چگالي متوسط نفوذ مي‌كنند، انرژي جزء پرتاب شده به دليل اثر متقابل با الكترون كاسته مي شود. اين بدان معني است كه يك جزء از يك عنصر در عمق كمي توزيع معكوس يافته، موقع اندازه گيري انرژي كمتر خواهد داشت نسبت به جزء‌اي كه از عنصر مشابه به و از سوي سطح نمونه توزيع معكوس يافته است.
مقدار انرژي كه جزء پرتاب شده نسبت به مسافتي كه درون نمونه طي مي كند از دست مي دهد وابسته به جزء پرتاب شده سرعت آن عناصر در نمونه و چگالي مواد نمونه مي باشد.
كاهش انرژي معمولي براي He ، ۲MeV محدوده اي بين ۱۰۰ تا مي باشد. اين كاهش انرژي وابسته به تركيب نمونه و چگالي كه دستگاه RBS از ضخامت لايه ها تهيه مي كند و يك فرآيند كه نقشه برداري عمقي ناميده مي شود، دارد. اكثريت انرژي از دست رفته بوسيله مانع الكتريكي كه

به صورت (تقريباً) سايش (اصطكاكي) بين اجزاء كاوشگر (پرتابي) و ابرهاي الكتروني از اتم هاي هدف مي‌باشد، صورت مي پذيرد.
مانع هسته اي بوسيله تعداد زيادي از برخوردهاي اجمالي (زودگذر) اتفاق مي افتد كه اين برخوردها در امتداد مسير اتم هاي تابش مي باشد و مانع هسته اي فقط در اجزاء با انرژي پايين در كاهش انرژي قابل توجه شركت مي كنند.

نسبت به كاهش انرژي به چگالي دوبعدي اتم براي يك ماده داده شده برابر Stopping coss section آن مي باشد و اپسيلن بطور عادي در واحد eV-cm اندازه گيري مي شود. چون بيشتر كاهش انرژي بوسيله اثر متقابل با الكترونها مي باشد. ساختار الكترونيكي مواد هدف تأثير محلي روي قدرت بازدارندگي آن دارنده اثبات نظري قدرت بازدارندگي هم پيچيده و هم نادرست است. بنابراين قدرت بازدارندگي تجربي اغلب در محاسبات RBS استفاده مي شود. يك تساوي چند جمله اي و يك جدول از ضرايب محاسبه‌ي قدرت‌هاي بازدارندگي يك محدوده‌ي انرژي ها و عناصر را تأمين مي كنند و بر طبق محاسبه كاهش انرژي به واحد از عمق در نمونه يكي مي تواند مقاطع عرضي بازدارندگي بارها در چگالي ماده نمونه ضرب شود. دانستيته‌هاي نمونه مي توانند به طور قابل توجه تغيير كنند. لازم است كه دانستيته مواد نمونه را داشته باشيم تا بر طبق آن عمق تركيب يا ضخامت لايه را بوسيله RBS حساب كنيم.
اصول كلي RBS :
اصول تكنيك RBS اين است كه يك پرتو با انرژي ۱-۳ Mev از يونهاي با جرم كم (معمولاً ذرات مثل يونهاي يا ) با نمونه برخورد مي كند و يك آشكارساز نيمه هادي (سطح مانع) ذرات پراكنده شده را آشكار مي كند. مهم نيست كه از يا از به عنوان يون برخوردي در خصوص طيف استفاده شود.
حافظه وضعيت بازبرخوردي به همان سرعت برخورد يون با سطح هدف كم مي شود. بخاطر اينكه انرژي پيوندي الكترونها خيلي كم مي‌باشد. آشكارساز، جايي قرار گرفته است كه ذرات پراكنده

شده در را آشكار كند. RBS انرژي ذرات به طور معكوس توزيع يافته را اندازه مي گيرد كه اين انرژي متناسب با انرژي اوليه و جرم اتم نمونه‌ها كه به آنها برخورد مي كند. به اين خاطر كه مقدار انرژي منتقل شده به اتم هاي نمونه در برخورد وابسته به نسبت جرم بين يون و اتم نمونه مي باشد. بنابراين با اندازه گيري انرژي يونهاي پراكنده شده مي‌توان تركيب شيميايي نمونه را نتيجه گيري كنيم، بعلاوه اينكه، در مورد يونهاي برخوردي كه به هيچ كدام از اتم هاي سطح از نمونه برخورد نمي كند و در عوض به اتم هاي در عمق بيشتر برخورد مي‌كند، يونهاي برخوردي با رفتن به درون جامد بتدريج انرژي خود را از دست مي دهد. اين، اين را نتيجه مي دهد كه RBS مي تواند به عنوان وسيله اي است تا شماي كلي عمق تركيبات نمونه را بدست دهد. اين به طور ويژه در آناليز مواد فيلم هاي نازك به كار مي رود كاهش انرژي واحد يا در واحد يا كه سطح متقاطع بازدارندگي stoppiug ceross section يا كاهش انرژي بوسيله اتم به اتم پايه در واحد بدست مي‌آيد. سطوح متقابل بازدارندگي به عنوان يك فصل در آخر توضيح داده مي شود.
تجهيزات:
۱٫ ابزارآلات RBS :

سه جزء اصلي از دستگاه RBS 1 منبع يونهاي –He
2. شتاب دهنده براي تبديل آنها به ذرات پرانرژي و
۳٫ يك آشكارساز براي اندازه گيري انرژي يونهاي به طور معكوس توزيع يافته مي باشد.
مدل شتاب دهنده وضعيت اجزاي ديگر را تعيين مي كند. شتاب دهنده‌هاي يك طرفه داراي منابع يون متغير با ولتاژ مي باشد تجزيه الكتريكي ۱ مگاولت پتانسيل، بوسيله قرار دادن منبع يا پايانه (He) در يك محفظه شبيه يك تانك پر از گاز عايق معمولاً SF6 مي باشد، يكي از اشكالات قرارگيري منبع يوني در تانك، سخت شدن براي تغيير و يا تعويض منبع مي باشد. شتاب دهنده‌هاي پشت سرهم، يك نوآوري زيركانه مي باشد. شتاب دهنده هاي پشت سرهم از يك قطب مدار مثبت كه در وسط (مركز) دستگاه قرار گرفته استفاده مي كنند ذرات با بار منفي درون شتاب دهنده تزريق مي شوند و جذب پايانه (يا جايي پاياني) مي شود كه دستگاه جداكننده عنصري يك يا چند الكترون از هر ذره جدا مي كند. قطب مدار مثبت، يونهاي مثبت نتيجه شده را به سمت زمين بر مي گرداند

بنابراين ذرات قبل و بعد از پايانه انرژي بدست مي‌آورند. پيكربندي پشت سرهم دو صفت مهم نسبت به ساختار تك مرحله اي دارد. اول: ولتاژ نهايي كمتري نياز است، دوم: هر دوي منبع و يونها نزديك پتانسيل زمين عمل و خارج مي شوند. مهمترين اشكال، ناكارآمدي توليد و كاهش دادن

باز جريان پرتو به حدود ۱۰۰nA براي يك سيستم سري در مقابل ۱mA براي شتاب دهنده يك طرفه مي باشد. خوشبختانه اغلب آزمايش هاي RBS مي تواند فقط در حدود ۱۰۰Na استفاده كند بدليل محدوديت آشكارساز براي برپا كردن يك RBS نمونه يك شتاب دهنده‌ي سري استفاده مي شود كه پرتو با ۲٫۲۵Mev انرژي توليد مي كند كه بوسيله برداشتن از در پايانه انجام مي شود.

يك RBS نمونه شامل اجزاي زير مي باشد كه هر كدام به طور مفصل در پايان آمده اند:
۱ . منبع يونهاي He با بار منفي
۲ . شتاب دهنده‌ي سري
۳ . منبع ولتاژ
۴٫ Chambertanll , Beamline
5. Stripper elements

۶٫ Chamber Focousing
7. Sample Chamber

طيف سنجي:
ذرات از شتاب دهنده مي آيند و به سطح نمونه برخورد مي كنند انرژي براي آن تعدادي از اجزاء كه به سوي آشكارساز بر مي گردد بايد اندازه گيري شود. در RBS از آشكارسازهاي سطح مانع سيليكون استفاده مي شود. چون كه اين وسايل ذاتاً ديود مي باشند آنها را اغلب آشكارسازهاي دو قطبي نيمه رسانا صدا مي كنند اجزاي با انرژي بالا، جفت‌هاي حفره الكتروني در مواد نيمه

هادي توليد مي كنند. آشكارساز با يك پتانسيل الكتريكي بين سطوح جلو و عقب كار مي كند (معمولاً ۴kv). در نتيجه ميدان الكتريكي نسبت هاي حفره الكتروني يك جريان نسبت به انرژي ذرات باردار توليد مي كند و متوسط انرژي مصرفي بوسيله براي توليد يك جفت حفره الكتروني تقريباً ۳Ver مي‌باشد اين برخي اوقات انرژي يونيزه شدن آشكارساز خوانده مي‌شود. هر ۱Mev ذره در حدو

د ۲۷۰۰ جفت هاي حفره الكتروني توليد مي كنند. نوسان يا انحراف در تعداد موج هاي حامل بار بر روي وضوح تصويه طيف سنجي تأثير مي گذراند. كمترين واريانس نظري (كه دنباله محاسبات پودمين مي باشد) برابر حامل هاي بار مي باشد. انحراف معيار برابر جزء واريانس مي باشد. ضريب Fano نسبت مشاهده شده به اين min واريانس تئوري است.

ضريب Fano دلالت بر منابع ديگر از پهن شدگي پيك دارد به طور نمونه: جمع آوري غيركامل بار و تغيير در اتلاف لايه ساكن. جمع‌آوري ناتمام بار كم مي شود به وسيله خلوص نيمه هادي كه جاي نسبتاً كمي براي دوباره تركيب (جفتگيري) زوج حفره الكترون تأمين مي كنند. كاهش انرژي قبل ا

ز اينكه ذرات باردار به قسمت فعال آشكارساز برسند (اتلاف لايه ساكن) به كمترين مقدار مي رسد به علت اينكه اين لايه نازك مي باشد (در حدود ۱۰۰ nm) در آشكارسازهاي سطح مانع. از اين رو اين ضخامت برابر با فقط ۴/۰ % معمولي ناچيز مي باشد. بنابراين آشكارسازهاي سطح مانع سيليكون با كيفيت بالا براي طيف سنجي ذرات تقريباً ايده آل هستند. زمانهاي ورود اجزاء به آشكارساز به صورت رندوم و با فاصله در زماني تعيين شده و احتمال تداخل بين اندازه گيري ها وجود دارد وقتي كه ورود اجزاء در زمانهاي خيلي نزديك هم مي باشند. به اين پديده Pulse Pile Up گفته مي شود و يك مشكل جدي در سرعت هاي ورودي اجزاي زياد پيش مي آيد. دو نوع Pile up وجود دارد Tail Pile up : انطباق پالسها، در مدت طولاني دنباله يا تحت پالس قبل پرتاب شود. كه منجر به كاهش وضوع تصويه مي شود. مدارهاي الكترونيكي با كيفيت بالا. Tail Pile up را به كمترين مقدار مي رسانند. دو پالس به مقدار كافي به هم نزديك باشند كه شبيه يك پالس رفتار كنند

متحمل نوع دوم كه Peak Pile Up مي باشد شده است.
زمان مرده آشكار ساز: كمترين زمان بين ورود يونهاي پشت سرهم (جابجا) مي باشد اگر آنها به صورت جداگانه اندازه گيري شود.
Peak Pile up سرعت جمع آوري اطلاعات كه در RBS اتفاق مي‌افتد را محدود مي كند.
كاربرد RBS :
روش RBS كاربردهاي بيشماري دارد، تعداد كمي از آنها در زير آمده است:

a ) ضخامت خالص (مطلق) فيلم ها، پوشش ها و لايه هاي سطح
b ) ناخالصيهاي سطح و توزيع ناخالصي در عمق (سطح مشترك تشخيص آلوده كننده در لايه هاي اكسيده ماده‌ي جذب شده و …/ سطح)
c ) سينتيك نفوذ بدون فيلم هاي نازك (فلزات، سيليكت ها و …)
d ) تركيبات فلزي مواد كمپلكسي (شناسايي فازي، فيلم هاي آلياژي، اكسيدها، سراميك ها، كربن هاي شيشه اي و …)
e ) پروفايل هاي Quantitative dopant در نيمه هادي ها

f ) نظارت بر كنترل فرآيند تركيبات و كنترل مواد آلودگر.
محدوديت تكنيك RBS :
يكي از محدوديت هاي مهم RBS حساسيت ضعيف براي عناصر سبك حاضر در مخلوط هاي سنگين تر مي باشد محدوديت تشخيص ۱-۱۰ درصد اتمي براي ZC20 ، ۰٫۰۱-۱ % اتمي براي و ۰٫۰۱-۰٫۰۰۱ در ) اين بخاطر مقدار نسبتاً كم مقطع عرضي به طور معكوس توزيع يافته براي عناصر سبك مي باشد (كه متناسب با مربع عدد اتمي عنصر مي باشد ) و حقيقت انرژي ذره مي‌تواند كمتر شود زمانيكه از اتم سبك با صورت معكوس توزيع يابد. خصوصيات عناصر سبك در مخلوط ماتريكس سنگين تمايل به غرق شدن (داخل رفتن) در زمينه به نمايندگي حضور يك ماتريكس اتمي در 

زمانيكه توزيع يافتگي به صورت معكوس از ماتريكس سنگين غيرممكن باشد اين عنصر به هيچ عنوان توسط RBS نمي تواند كشف يا آشكار شود.
مثال: فلز سيلكيون
يك مثل از يك نمونه كه براي آناليز با RBS كاملاً مناسب مي باشد يك فيلم فلزي سيليكون دار مي باشد. كه آنها عموماً به عنوان اتصال داخلي بين ابزارهاي نيمه هادي به دليل هدايت بهترشان نسبت به Al و Si استفاده مي شوند، هدايت وابسته به نسبت سيليكون با فلز و ضخامت فيلم مي باشد دو پارامتر به آساني با RBS تعيين مي شود. شكل اثر متقابل بين فاكتور سينماتيكي و تقاطع عرضي پراكنش را روشن مي كند. دو طيف از دو فيلم Tasi از تركيبات متفاوت به بر روي س

طح Si مي آيند. در اين مثال يكي از فيلم ها ۲۳۰ nm ضخامت دارد در صورتيكه ديگري ۵۹۰nm ضخامت دارد. پرتو يوني كه استفاده شده يك پرتو يوني از در ۲٫۲Mev مي باشد. در دو طيف پيك بيشترين انرژي ناشي از تانتال Ta در لايه فيلم Tasi مي‌باشد پيك در انرژي كمتر مربوط به Si مي باشد كه در هر دو فيلم Tasi بر روي سطح و زير لايه Si مي باشد سيليكون كمتر محتمل به اتفاق افتادن عمل پراكنشي نسبت به تانتال مي باشد بدليل تقاطع عرضي پراكنشي كمتر آن، براي

نشان دادن سيگنال Si در اين دو طيف به آساني قابل تشخيص است كه پيك سيليكون در ۵ ضرب شده است براي پراكنشي در سطح نمونه تنها كاهش انرژي بدليل انتقال مومنتم به اتم هدف مي باشد. لبه پرانرژي از پيك هاي تانتال نزديك ۲٫۱Mev مطابق (برابر) با توزيع معكوس يافتگي از Ta در سطح مي باشد. لبه پرانرژي از پيك هاي Si نزديك ۱٫۳ Mev مطابق با توزيع معكوس يافتگي Si در سطح مي باشد.
تكنيك هاي مربوط:

PIXE (particle included-x-vay emissiou)
HFS (Hydrogen Forward Scatteriug)
HIBS (Heavy Ion Backscattering Cpectrometry)
CPAA (Charged Particle Activation Ana (ysis))
تاريخچه:
در سال ۱۹۰۹ ارنست رادرفورد ثابت كرد كه ذرات شامل He با دو بار مثبت هستند، نام رادرفورد بوسيله Hans Geiger پيشنهاد شده بود (از شارگر گايگر – مولد معروف) اگرچه، به مدت ۲۰ سال باقي ماند تا دانشجوي دوره‌ي ليسانس رادرفورد، Marsden در حقيقت و عملاً اندازه گيري را انجام داد. Marsden مشاهده كرد كه مقدار بسياري زيادي از ذرات به صورت تميز از فويل طلا عبور مي كنند. اما نسبت به پرتو ورودي در تمام زوايا پراكنده مي شوند. رادرفورد بوسيله اين مشاهدات اقدام به پيشنهاد وجود هسته هاي اتمي كرد ويژگي اصل طرح پيشنهادي رادرفورد در مورد هسته هاي اين بود كه يك حجم خيلي كوچك شامل بيشترين جرم اتمي مي‌باشد. ذرات بوسيله هسته پراكنده مي شوند بطوريكه توپهاي بيليارد اگر ضربه به آنها زده شود پراكنده مي شوند يا پراكنده شدن توپها در بازي بولينگ. RBS اندازه گيري انرژي اين ذرات بطور معكوس توزيع يافته مي‌باشد. اين

انرژي وابسته به مشخصات اتم هايي دارد كه ذرات را پراكنده مي‌كند و زاويه پراكنده شدن و عمق نفوذ ذرات به درون نمونه قبل و بعد از پراكنده شدن دارد. بنابراين RBS براي تجزيه عنصري، مخصوصاً در سطح بكار مي‌رود. اولين استفاده از RBS (به آن در آن زمان آزمايش پخش ذرات گفته مي شد) تجزيه عنصري زمين (خاك) به عنوان قسمتي از تحقيقات نقشه برداري V در سال ۱۹۶۷ بود. بيشتر آزمايش اوليه RBS توسط منابع راديواكتيو ذرات انجام مي شد. امروزه شدت نور مدادي شكل، شبيه پرتويي از ذرات براي توليد سيگنال به طور معكوس توزيع يافته معتدل، معمولاً بوسيله شتاب دهنده ذره باردار ايجاد مي شود.

 

مقدمه ۲:
RBS بر پايه برخورد بين هسته هاي اتم مي باشد و از اسم لرد ارنست رادرفورد گرفته شده است. در سال ۱۹۱۱ اولين كسي بود موضوع اين كه اتم‌ها داراي هسته هستند را ارائه داد. او درگير شمارش تعداد و انرژي يونها در پرتو بود كه بعد از برخورد كرد با اتم ها در ناحيه نزديك سطح از نمونه در جايي كه پرتو هدف گيري شده است بطور معكوس توزيع يافته اند، با اين اطلاعات، امكان تعيين جرم اتمي و غلظت عنصري در عمق در Substrate مي‌باشد. RBS دستگاه مناسب براي تع

يين غلظت عناصر كمياب سنگين‌تر از اجزاء اصل سطح مي باشد. حساسيت آن براي حجم هاي سبك و براي جبران نمونه ها در Substrate ضعيف است. زمانيكه يك نمونه با پرتوي از ذرات با انرژي بالا بمباران مي شود مقدار زيادي از ذرات وارد مرحله مي شوند و نمي‌توانند فرار كنند اين بخاطر اين است كه مقدار هسته اتم در مرتبه le-15m مي باشد در حاليكه فواصل بين هسته ها در مرتبه مي باشد. يك جزء كوچك از اجزاء برخوردي دستخوش يك برخورد مستقيم با يك هسته از اتم هاي در حدود چند ميكرون بالاي سطح نمونه مي شود. اين «برخورد» در حقيقت درگيري و با يك تماس مستقيم بين يون پرتاب شده و اتم هدف نيست. به دليل نيروي كولني بين هسته هاي نزديك هم

تبادل انرژي اتفاق مي افتد. اگرچه بر هم كنش مي تواند بدرستي مثل يك برخورد الاستيك با استفاده از فيزيك كلاسيك مدل شود. انرژي اندازه گيري شده براي يك ذره به طور معكوس پراكنده شده در يك زاويه داده شد وابسته به دو فرآيند زير مي باشد:
۱٫ ذرات وقتي كه از ميان نمونه عبور مي كنند چه در قبل و چه در بعد از
برخورد، انرژي از دست مي دهند.
۲٫ مقدار انرژي كاسته شده وابسته به قدرت بازدارندگي مواد (stopping power) دارد يك ذره همچنين انرژي از دست مي دهد. در نتيجه برخورد خودش (انرژي كاسته شده در اثر برخورد)

وابسته به جرم اتم هاي پرتاب شونده و هدف دارد. نسبت انرژي اتم هاي پرتاب شونده قبل و بعد از برخورد عامل سينمانيكي (Kinematic Factor) خوانده مي شود. تعداد رويدادهاي توزيع يافتگي معكوس كه از يك عنصر داده شده در يك نمونه اتفاق مي افتد وابسته به ۲ عامل مي باشد:
۱٫ غلظت عنصر ۲٫ اندازه موثر هسته‌اش.
احتمالي كه يك ماده ممكن است باعث يك برخورد شود: Scattering cross-section ناميده مي شود.

(فاصله) نزديك ترين گذر (مسير)، زاويه پراكندگي، پارامتر برخورد

زمانيكه پرتوهاي موازي ذرات با شدت (Flux ناميده مي شود) به هدف در شكلي از فويل نازك برخورد مي كند. ذرات برخوردي از مركز پخش، پراكنده شده و اتم هاي هدف به حالت اول بر مي گردند كه در شكل ۲۰۱ نشان داده شده است. در اينجا زاويه پراكندگي بستگي به پارامتري به نام b (پارامتر برخورد) دارد كه در زير آمده است:
۱