【摘要】 正电子湮没寿命谱（PALS）长期以来一直被用于研究聚合物和其他分子固体等绝缘材料中的开体积区。

正电子湮没寿命谱（PALS）长期以来一直被用于研究聚合物和其他分子固体等绝缘材料中的开体积区。在这种材料的固体区域，正电子素（Ps，电子和正电子的结合态）的结合能降低了一个与介电常数成比例的因子，因此Ps优先定位在开放体积区域。准正电子素（p-Ps，单线态自旋）具有较短的自湮灭真空寿命（约0.125 ns），不会因固体中分子电子的额外湮灭而受到显著干扰。然而，正电子素（o-Ps，三重态自旋态）的寿命足够长，因此它可以困在空隙中，在空隙中，三重态真空寿命（142 ns）可以通过与分子电子的相互作用显著降低。这为PALS探测空洞体积提供了物理基础。截留在较小孔隙中的Ps的使用寿命比在较大孔隙中的Ps的使用寿命短，后者应逐渐接近真空值。在大多数情况下，通过使用模型将τ与孔径联系起来，可以从PALS光谱中提取孔径信息。

 

近年来，多孔材料作为低介电薄膜被广泛应用于下一代微电子领域。随着集成器件变得更小，信号沿互连传播的RC延迟时间成为限制芯片整体速度的主要因素。随着铜技术的出现，R已被推到实用的最低限度，因此必须将注意力集中在降低C上。完成这项任务的一种方法是通过引入孔隙率来降低互连周围的绝缘薄膜的平均介电常数K。这种低K薄膜中的孔隙尺寸通常在2到20 nm之间。很少有探针能够表征亚微米薄膜中的这种孔隙率，尤其是当孔隙闭合且气体吸收技术无法接近时。然而，通过使用几个keV正电子束，可以在这些薄膜中形成Ps并执行PALS。为了从此类分析中提取孔隙尺寸，需要一个广泛适用的Ps寿命和孔径相关模型。在本文中，我们将推广现有的模型，该模型目前仅限于亚纳米孔中的Ps。现有的模型将捕获在亚纳米孔中的正电子素的湮灭寿命与孔的平均尺寸联系起来，并将其推广到任何尺寸的孔和任何温度下的正电子素。这一扩展使正电子湮没寿命谱能够用于表征纳米多孔和介孔材料，尤其是薄绝缘膜，其中引入孔隙率对实现低介电常数至关重要。

 

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