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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，两个粒子完全转化为能量，产生两个能量为511千电子伏特的伽马射线，这两个射线的传播方向相反，夹角为180度。这种湮灭过程是正电子湮灭技术的物理基础。
正电子湮灭谱学技术主要包括两种测量方法。寿命谱技术测量正电子从产生到湮灭的时间，典型寿命在100到500皮秒之间，不同类型的缺陷会导致不同的湮灭寿命。多普勒展宽谱技术则测量湮灭产生的伽马射线的能量分布，通过分析谱线的中心区域S参数和边翼区域W参数，可以获得材料中电子动量分布的信息，进而推断缺陷的性质和浓度。
正电子在半导体中的行为受到各种缺陷的强烈影响。不同类型的缺陷对正电子具有不同的捕获能力，空位缺陷具有强捕获能力，空位团的捕获能力更强，而位错的捕获能力相对较弱。正电子的捕获率由捕获截面、正电子速度和缺陷浓度决定。当正电子被缺陷捕获后，其湮灭寿命会发生变化，通过测量这些变化可以识别和定量分析半导体中的各种缺陷。
正电子湮灭技术在半导体制备工艺参数监测中发挥重要作用。通过实时监测退火温度、掺杂浓度、薄膜厚度和生长速率等关键参数对材料缺陷结构的影响，可以建立工艺参数与湮灭谱特征的定量关系。工艺优化流程包括基线测量、参数调节、实时监测和反馈调控四个步骤，形成闭环控制系统，确保制备出高质量的半导体材料。
正电子湮灭技术在不同半导体材料的制备工艺优化中都取得了显著成效。在硅基半导体中，空位缺陷检测精度达到正负5%，退火工艺优化效果显著。对于砷化镓和磷化铟等化合物半导体，该技术在界面质量评估和掺杂均匀性监测方面表现优异。在碳化硅和氮化镓等新兴材料中，缺陷密度可降低60%以上。与传统检测方法相比，正电子湮灭技术具有非破坏性检测、纳米级分辨率和实时在线监测等独特优势。