专利名称：一种正电子平均寿命分解方法
技术领域：
本发明属于正电子寿命谱应用领域，特别是涉及正电子平均寿命分解为各个缺陷寿命分量的方法。
背景技术：
正电子湮没谱学是研究材料缺陷的有效方法。无论何种正电子湮没谱方法，实验的重点都是为了测量缺陷的正电子捕获率和捕获率的温度依赖性。因为捕获率直接与缺陷浓度和捕获系数相关，捕获系数的温度依赖性能够鉴别缺陷的电荷态以及浅捕获态。目前正电子寿命谱常用的分析方法主要有两种分立分析方法和连续分布分析方法，特别是分立分析方法。PATFIT正电子寿命拟合软件主要使用的是分立分析方法，这在大部分的寿命谱分析文献中都有介绍。[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体系较为复杂，或者处理半导体材料中的缺陷问题时，这种算法只能解四个以下不相关联的寿命谱。当缺陷种类很复杂，甚至出现缺陷相互关联的情况时，常规的寿命谱分解程序PATFIT只能得到可信的平均寿命，而寿命分量以及缺陷相关的信息，比如缺陷的正电子捕获率、浓度、正电子结合能等物理量都不能够得到，这一困扰使得正电子研究人员无法对材料的缺陷体系进行更深入的分析。

发明内容
本发明的目的在于针对现有正电子寿命谱解谱技术的缺点，以及正电子寿命谱仪分辨本领的不足，提供了一种正电子平均寿命分解方法。本发明所采用的技术方案是正电子平均寿命分解方法，包括以下的步骤步骤1，根据用户所研究的材料样品的寿命的成分种数，确定缺陷体系，求解对应缺陷体系下理论上的正电子平均寿命温度关系，得到初始的拟合模型函数；步骤2，优化及约束拟合模型函数，包括以下子步骤，步骤2. I，输入正电子平均寿命温度关系数据；步骤2. 2，根据预设的寿命值参数，对步骤I所得理论上的正电子平均寿命温度关系进行简化，优化拟合模型函数；步骤2. 3，输入预设的拟合条件，对步骤2. 2中的拟合模型函数进行约束；步骤3，拟合并获取结果，包括以下子步骤，步骤3. 1，根据步骤2优化及约束后的拟合模型函数，采用最小二乘法原理，对步骤2. I输入的正电子平均寿命温度关系数据进行拟合，根据拟合后所得的拟合模型函数生成最小二乘拟合曲线；
步骤3. 2，采用步骤3. I拟合后所得的拟合模型函数，提取拟合参数，根据预设的常温下缺陷捕获系数的大小，计算并输出最终结果。而且，所述拟合模型函数的待拟合参数包括各类缺陷捕获率和缺陷浓度，实现方式如下，步骤I中，通过缺陷的类型、缺陷个数以及缺陷关联与否，根据缺陷的正电子捕获 以及湮没模型进行求解，得到对应缺陷体系下理论上的正电子平均寿命温度关系；构建对应的正电子平均寿命的初始的拟合模型函数，初始的拟合模型函数含有多个未知参数；步骤2. 2中，根据预设的寿命值参数，对正电子平均寿命的初始的拟合模型函数进行优化，减少未知参数数目；步骤2. 3中，所述预设的拟合条件包括读取待拟合参数的初始值和上下限，对拟合模型函数进行约束。而且，执行步骤3. 2后，计算步骤3. I进行拟合的拟合优度，若拟合优度满足要求，保存步骤3. 2所得最终结果；若拟合优度不满足要求，返回步骤I重新调整缺陷体系，或者返回步骤2. 2调整预设的寿命值参数，或者返回步骤2. 3重新调整预设的拟合条件，直到满足要求后保存最后一次执行步骤3. 2所得最终结果。而且，步骤3. I中，采用最小二乘法原理进行拟合的方式为，对待拟合参数选择最优的值使得拟合模型函数和待拟合的正电子平均寿命在对应测量温度的残差的加权平方和具有最小值，所述待拟合的正电子平均寿命和对应测量温度由步骤2. I输入的正电子平均寿命温度关系数据提供。而且，所述正电子平均寿命温度关系数据是保存在TXT文件下的正电子平均寿命与测量温度关系，存储格式为正电子平均寿命之间用空格隔开，正电子平均寿命和对应的测量温度之间用分号隔开。本发明提供的技术方案的有益效果为，可对不同材料在不同缺陷体系下，对实验得到的正电子平均寿命的温度关系进行拟合分解，获取和缺陷相关的参数值，以提供材料中缺陷的定量信息。


图I为本发明实施例的流程图。图2为本发明的一种缺陷体系下正电子湮没和捕获模型示意图。
具体实施例方式本发明要解决的核心问题是平均正电子寿命与寿命谱的重心相对应，与分解过程无关，因而更稳定、可靠。通过分解平均寿命的温度关系，获取所研究材料中与缺陷相关的定量信息，包括各类缺陷的正电子捕获率、缺陷浓度以及正电子结合能。本发明将会涉及到的一些物理量符号所对应的物理意义列在表格I里其中正电子能够从体态被捕获到里德伯态有一个捕获率KR、逃逸率Sk以及结合能Ek(K E_v, 6 E_v, Ee_v对应的是与空位缺陷相关的物理量，同样K E_dis, 6 E_dis, EK_dis对应的是与位错缺陷相关的物理量)，特别地当温度很低的时候，定义空位的捕获率K v=KE0_v以及位错的捕获率K dis=KE0_dis ;而0 K_v和0 K_dis分别表示里德伯态到空位和到位错正电子捕获率；入为湮没率。下标b为体态(the bulk)、v为单空位(vacancy)、dis表示位错(dislocation)以及v-c则表示空位团(vacancy cluster)。表I正电子捕获以及湮没过程对应的物理量符号
权利要求
1.一种正电子平均寿命分解方法，其特征在于，包括以下的步骤 步骤1，根据用户所研究的材料样品的寿命的成分种数，确定缺陷体系，求解对应缺陷体系下理论上的正电子平均寿命温度关系，得到初始的拟合模型函数；步骤2，优化及约束拟合模型函数，包括以下子步骤， 步骤2. I，输入正电子平均寿命温度关系数据； 步骤2. 2，根据预设的寿命值参数，对步骤I所得理论上的正电子平均寿命温度关系进行简化，优化拟合模型函数； 步骤2. 3，输入预设的拟合条件，对步骤2. 2中的拟合模型函数进行约束； 步骤3，拟合并获取结果，包括以下子步骤， 步骤3. 1，根据步骤2优化及约束后的拟合模型函数，采用最小二乘法原理，对步骤2. I输入的正电子平均寿命温度关系数据进行拟合，根据拟合后所得的拟合模型函数生成最小二乘拟合曲线； 步骤3. 2，采用步骤3. I拟合后所得的拟合模型函数，提取拟合参数，根据预设的常温下缺陷捕获系数的大小，计算并输出最终结果。
2.根据权利要求I所述的正电子平均寿命分解方法，其特征在于所述拟合模型函数的待拟合参数包括各类缺陷捕获率和缺陷浓度，实现方式如下， 步骤I中，通过缺陷的类型、缺陷个数以及缺陷关联与否，根据缺陷的正电子捕获以及湮没模型进行求解，得到对应缺陷体系下理论上的正电子平均寿命温度关系；构建对应的正电子平均寿命的初始的拟合模型函数，初始的拟合模型函数含有多个未知参数；步骤2. 2中，根据预设的寿命值参数，对正电子平均寿命的初始的拟合模型函数进行优化，减少未知参数数目； 步骤2. 3中，所述预设的拟合条件包括读取待拟合参数的初始值和上下限，对拟合模型函数进行约束。
3.根据权利要求I或2所述的正电子平均寿命分解方法，其特征在于执行步骤3.2后，计算步骤3. I进行拟合的拟合优度，若拟合优度满足要求，保存步骤3. 2所得最终结果；若拟合优度不满足要求，返回步骤I重新调整缺陷体系，或者返回步骤2. 2调整预设的寿命值参数，或者返回步骤2. 3重新调整预设的拟合条件，直到满足要求后保存最后一次执行步骤3. 2所得最终结果。
4.根据权利要求I或2所述的正电子平均寿命分解方法，其特征在于步骤3.I中，采用最小二乘法原理进行拟合的方式为，对待拟合参数选择最优的值使得拟合模型函数和待拟合的正电子平均寿命在对应测量温度的残差的加权平方和具有最小值，所述待拟合的正电子平均寿命和对应测量温度由步骤2. I输入的正电子平均寿命温度关系数据提供。
5.根据权利要求4所述的正电子平均寿命分解方法，其特征在于所述正电子平均寿命温度关系数据是保存在TXT文件下的正电子平均寿命与测量温度关系，存储格式为正电子平均寿命之间用空格隔开，正电子平均寿命和对应的测量温度之间用分号隔开。
全文摘要
本发明涉及一个正电子平均寿命分解方法，包括以下步骤先设定所研究材料体中的缺陷类型以及个数，根据待处理的正电子平均寿命值的大小以及对应的测量温度绘图，然后采用理论上计算所得到的正电子平均寿命的温度关系，构建简化的正电子平均寿命模型函数，再设定约束条件、通过最小二乘法原理，对实验测量的正电子平均寿命进行拟合，并输出结果。本发明不仅可以分解多个相关联缺陷的寿命谱，而且还可以得到缺陷的正电子捕获率、浓度等等物理量，对复杂缺陷体系的研究具有重要实用价值，同时本发明所提供的技术方案还具有良好的扩展性。
文档编号G01N23/06GK102680500SQ201210174938
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者刘亮亮, 周凯, 庞锦标, 王柱, 田丰收 申请人:武汉大学