[发明专利]一种正电子平均寿命分解方法

说明书

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.Eldrup,Positronfit extended:A new version of a program for analysing position lifetime spectra.Computer Physics Communications 1974，7，7,401.[2]P.Kirkegaard;p..EldruM;O.Mogensen,Program system for analyzing positron ligetime spectra and angle correlation 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2.1，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1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2.1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3.1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1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3.1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1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3.1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2.1输入的正电子平均寿命温度关系数据提供。