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正电子湮灭谱学是一种重要的材料表征技术。正电子是电子的反粒子，具有与电子相同的质量但相反的电荷。当正电子与电子相遇时，会发生湮灭反应，产生两个能量为511千电子伏特的伽马射线光子。这个过程遵循能量和动量守恒定律，产生的伽马射线携带了材料内部结构的重要信息。
正电子湮灭谱仪是一套精密的测量系统。它主要由正电子源、样品室和探测器系统组成。钠22同位素作为正电子源，发射的正电子进入样品后与电子湮灭，产生的两个伽马射线被对置的探测器同时检测。通过时间符合技术测量正电子寿命，通过能量分辨测量多普勒展宽参数。这两个关键参数反映了材料中电子密度分布和缺陷信息。
正电子进入半导体后首先经历热化过程，在约1皮秒内失去多余能量。随后正电子在晶格中扩散运动，可能被各种缺陷俘获。不同类型的缺陷对正电子的俘获能力不同：空位缺陷的正电子寿命通常为200到400皮秒，位错缺陷为150到250皮秒，而晶界缺陷可达300到500皮秒。通过测量这些寿命参数，可以识别和定量分析半导体中的缺陷类型和浓度。
掺杂物类型和浓度对正电子湮灭参数有显著影响。n型掺杂引入磷等施主原子，增加电子密度，导致正电子寿命减少，S参数降低。p型掺杂引入硼等受主原子，增加空穴浓度，使正电子寿命增加，S参数升高。这种影响与掺杂浓度呈现明显的定量关系，高浓度掺杂时参数变化更加显著。通过建立掺杂浓度与湮灭参数的标定曲线，可以实现对半导体掺杂状态的精确表征。
掺杂分布表征技术利用变能正电子束实现深度分辨分析。通过调节正电子束能量从0.5到30千电子伏特，可以探测10纳米到2微米深度范围内的掺杂分布。测量不同能量下的S参数变化，得到S-E曲线，然后通过数学反演算法重构出掺杂浓度的深度分布。这种技术在硅基半导体的多层结构分析中特别有效，能够清晰识别不同掺杂层的界面和浓度梯度变化。