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正电子湮没谱仪是基于正电子与电子湮没现象的材料分析技术。正电子是电子的反粒子，当正电子进入材料后，会与电子发生湮没反应，产生两个能量为511千电子伏特的伽马射线。这些伽马射线的特征包含了材料内部结构的重要信息，特别是对各种缺陷非常敏感。
半导体材料的晶格结构是理解其物理性质的基础。硅具有金刚石型立方结构，晶格常数为5.43埃，每个硅原子与四个相邻原子形成共价键。砷化镓则具有闪锌矿型结构，晶格常数为5.65埃，是重要的三五族化合物半导体。这些规则的原子排列为正电子湮没提供了理想的参考背景。
半导体中的缺陷可以分为几个主要类型。点缺陷包括空位、间隙原子和替位杂质，它们在原子尺度上破坏晶格的完整性。线缺陷如位错会造成大范围的晶格畸变。面缺陷如晶界则影响载流子的输运。这些缺陷不仅改变材料的电学性质，也为正电子提供了特殊的湮没环境，使得正电子湮没谱仪能够敏感地检测它们的存在。
正电子缺陷检测的物理机制基于正电子与缺陷的相互作用。在完美晶格中，正电子快速湮没，寿命约为100皮秒。而在缺陷区域，正电子会被捕获，寿命延长至200到500皮秒。同时，缺陷环境还会影响湮没伽马射线的能量分布，产生多普勒展宽效应。通过分析寿命谱和能量谱的变化，可以准确识别和定量分析各种缺陷。
正电子湮没谱仪采用三种主要的测量技术。寿命谱测量通过时间分辨探测获得正电子寿命分布，可以识别不同类型的缺陷。多普勒展宽谱通过能量分辨测量反映电子动量分布，表征缺陷的局部环境。角关联谱则提供二维动量分布信息，实现高精度的缺陷分析。这些技术的结合使用，为半导体材料的缺陷表征提供了全面而精确的分析手段。