1928年，英国物理学家狄拉克首次提出“反电子”概念；1930年，中国物理学家赵忠尧首次发现硬γ射线在重元素上的异常吸收和特殊辐射；正电子于1932年由安德森和其导师密立根发现；并由O.Klemperer等人于1932年发现正负电子湮没的现象，从而开始了正电子湮没技术的发展，正电子的发展的重要历史见表图
 
 
1、正电子湮没谱学基本原理
正电子湮没谱是通过正电子和材料周围环境作用来探测局域电子密度和原子结构信息。常用的的正电子源为²²Na放射源衰变产生的正电子。²²Na衰变产生两种能量的正电子（90%的正电子能量为0.545MeV和10%的1.82MeV）的同时，还会放出1.275MeV的γ光子。
 
 
                         图1.1  正电子在材料中经过热化、扩散和捕获后发生湮没的示意图

        此外，另外一种获得正电子源的方法实验上还可以通过高能电子加速撞击靶材产生γ光子，当γ光子能量超过两个电子的静止质量之和（即1.02MeV）时，在原子核库仑场作用下，γ光子转化为正负电子对。
       正电子进入材料内部后，一般经过几个过程湮没，包括超热化、热化、扩散、被捕获以及最后湮没这几个过程，如图1.1所示。正电子在超热化过程时间相对于正电子的湮没寿命来说很短，对正电子湮没寿命实验基本没有影响，可以忽略。
      当正电子的能量降到20eV时，电子的非弹性散射开始变弱，正电子主要的能量损失来源于晶格散射即声子散射机制，直至最后正电子完全热化与材料本身达到热平衡，这一过程为正电子的热化过程。
      当正电子完全热化与材料本身达到热平衡后，在材料中会发生扩散，由于扩散过程速率很低，相对于热化过程的注入深度，扩散长度仅在100nm左右。因此正电子在材料内部的注入深度主要是由正电子的热化过程决定的。如图1.2所示为不同能量的正电子在Si中的注入轮廓分布。
 
 
                           图1.2  不同能量在1.5-10 keV的正电子在硅中的注入轮廓分布图

      正电子在扩散过程中，遇到负电性的空位或掺杂型缺陷，很可能被捕获，导致正电子的寿命变长。缺陷对正电子的捕获能力可以用捕获率κ来表示：

其中μ为正电子捕获系数，C_d为晶体的缺陷浓度。正电子捕获率受到材料缺陷性质以及缺陷浓度的影响。图1.3所示为正电子被不同电荷态的Si空位的捕获系数随温度的关系，同一温度下，负电荷态的绝对值越大，对正电子的捕获率越高；随着温度的升高，负电荷态的缺陷对正电子的捕获率逐渐降低，而中性电荷缺陷态对正电子的捕获率逐渐升高。

                            图1.3  正电子被不同电荷态的Si空位的捕获系数随温度的关系

       实验中，可以通过测量正电子的寿命来确定材料中的缺陷类型和浓度，即正电子寿命谱。此外，还可通过测量湮没产生的光子的能量信息，来确定材料中电子动量分布，即多普勒展宽谱仪等。

2、利用正电子湮没技术研究材料的优势
       正电子湮没技术能够将核物理与核技术结合起来并应用于固体物理与材料领域研究，包括正电子实验探测技术和正电子理论计算技术。其最大的特点就是对材料的结构相变和原子尺度的缺陷极为敏感，已经成为研究物质微观结构和电子结构的无损的探测分析手段。作为一项崭新的微观分析技术，正电子湮没技术研究范围主要针对原子尺寸的微结构和缺陷。下面图2.1表明了正电子谱学与其他方法之间的比较。通过比较，不难发现，正电子谱学在当今十分活跃的研究领域如半导体材料表面及界面、聚合物、凝聚态物理等领域中显示出其独特的特性。与通常的微观结构分析如STM、SEM、TEM等技术相比，正电子湮没技术不仅可以提供缺陷的尺寸信息、相变信息，而且可以提供缺陷随深度分布的信息，能够深入的分析材料的电子结构以及正电子湮没处的化学环境等，弥补了其他微观探测技术的不足，具有不可替代性。
 
                                         图2.1  各种探测手段分析微观尺度和缺陷浓度比较