硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡的製作方法
2023-10-05 13:11:54
專利名稱:硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡的製作方法
硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡技術領域：
[0001]本發明屬於精密光學元件研究領域，尤其是涉及一種硬X射線微聚焦高級次多層 膜Laue透鏡。
背景技術：
[0002]硬X射線的能量高、穿透深度大，能激發高原子序數材料的內殼層電子以實現重 元素含量和分布的鑑定，並可實現更厚樣品的無損深度檢測。因此，硬X射線顯微術已經成 為目前國際上三代同步輻射實驗室的研究熱點，硬X射線螢光、3維層析技術以及X射線相 襯和衍射分析技術已在生命、材料、和環境科學領域獲得重要應用。X射線顯微的空間分辨 率是利用顯微分析技術獲得物質及其演化過程的精細微觀物理和化學結構的關鍵技術指 標。近年來，隨著同步輻射光源和X射線聚焦元件的發展，國際上X射線顯微分析的解析度 已推進到IOOnm以下。由於在X射線波段，所有材料的折射率都接近於1，傳統的折射透鏡 無法實現X射線聚焦。波帶片是X射線波段常用的微聚焦元件之一，其解析度決定於最外 環的寬度。基於菲涅爾波帶片的X射線顯微鏡已在軟X射線波段獲得了 12nm的成像分辨 率。但在硬X射線波段，理想波帶片的高寬比(深度/最外層寬度)要做到幾百甚至上千， 刻蝕的方法難以完成。這大大限制了高解析度的硬X射線微聚焦波帶片的製作和使用。[0003]為從根本上克服大高寬比的限制，美國Argonne國家實驗室在2004年提出一種新 型的一維多層膜波帶片，多層膜Laue透鏡(MLL)。通過在平面基底上從最外層開始倒序鍍 制梯度多層膜結構，再進行切片減薄，獲得一維波帶片結構。2個MLL相互垂直拼接，可實現 X射線的二維聚焦。這種方法既可以獲得非常大的高寬比，又保證了多層膜波帶片膜層的精 確位置和成膜質量，極大的提高了硬X射線波帶片的聚焦效率和解析度。2008年，Argonne 實驗室利用WSi2/Si材料對製作的MLL利用I級次衍射在19. 5keV處實現了 16nm的線聚 焦。多層膜Laue透鏡的優越性能使其成為目前國際X射線顯微領域的研究熱點2008年， 日本兵庫縣大學利用MoSi2/Si製作的MLL在20keV處實現了 28. 2nm的線聚焦；2010年德 國哥廷根大學利用脈衝雷射沉積和聚焦離子束技術製備了 MLL並進行了一維拼接實驗。多 層膜Laue透鏡已成為將硬X射線顯微成像解析度推進到IOnm以下最有希望的方法之一。
發明內容
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種硬X射線微聚 焦高級次多層膜Laue透鏡，利用高級次衍射，進一步提高硬X射線顯微聚焦的解析度。本 發明的核心是採用具有高解析度特性的高級次衍射對硬X射線進行聚焦。同時針對目標衍 射級次，通過優化多層膜結構中材料的厚度比，並選擇合適的截面深度，使入射能量在不同 級次間重新分配，極大的提高高級次衍射的效率，克服了傳統波帶片高級次衍射效率低下 的問題。為最終實現高效率的納米級硬X射線聚焦提供新的方法。[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現[0006]硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡，其特徵在於，該Laue透鏡由吸收層和間隔層周期性構成，其中所述吸收層的材料是局部光柵中的高原子序數材料A，間隔層材料是低原子序數材料B。[0007]多層膜Laue透鏡具有截面深度t，t為垂直於薄膜生長方向的元件長度。[0008]該多層I旲Laue透鏡具有厚度比Y = dA/ (dA+dB)，dA是吸收層的厚度，dB是間隔層的厚度，厚度比的確定包括以下步驟[0009](I)根據實驗應用時所需的能段、工作距離和聚焦成像的解析度要求，選擇多層膜 Laue透鏡的工作波長λ、1級次聚焦的焦距f和最外層的光柵周期Drrat ；[0010](2)採用wedged結構的高級次多層膜Laue透鏡在入射面(深度t = O)處，膜層位置由公式⑴確定
權利要求
1.硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡，其特徵在於，該Laue透鏡由吸收層和間隔層周期性構成，其中所述吸收層的材料是局部光柵中的高原子序數材料A，間隔層材料是低原子序數材料B。
2.根據權利要求
1所述的硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡，其特徵在於，多層膜Laue透鏡具有截面深度t，t為垂直於薄膜生長方向的元件長度。
3.根據權利要求
1所述的硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡，其特徵在於，該多層月旲Laue透鏡具有厚度比Y = dA/(dA+dB)，dA是吸收層的厚度，dB是間隔層的厚度，厚度比的確定包括以下步驟 (1)根據實驗應用時所需的能段、工作距離和聚焦成像的解析度要求，選擇多層膜Laue透鏡的工作波長/、1級次聚焦的焦距f和最外層的光柵周期Drrat ； (2)採用wedged結構的高級次多層膜Laue透鏡在入射面(深度t= 0)處，膜層位置由公式⑴確定
4.根據權利要求
3所述的硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡，其特徵在於，所述的Y _在計算時，周期分別為D1, D^Dn的不同光柵的理想衍射效率隨深度的變化曲線 nn(Y_，t)和平均效率曲線 nmean(YQpt，t) = (n l(yopt, t)+n2(yopt, t)+---+ nn(y opt, t))/n，選擇平均效率最大值對應的深度為透鏡的最優深度t_。
5.根據權利要求
1所述的硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡，其特徵在於，該多層膜Laue透鏡採用wedged結構，即從中心到外層，每層薄膜分別傾斜不同的Bragg角
專利摘要
本發明涉及硬X射線微聚焦高級次多層膜Laue透鏡，通過改變組成多層膜Laue透鏡局部光柵的2種材料的厚度比(γ＝dA/(dA+dB)，A為吸收層，B為間隔層)，選擇合適的截面深度t，極大的提高高級次衍射的效率，從而有效的利用高級次衍射光，進一步提高硬X射線的聚焦解析度。與傳統的多層膜Laue透鏡相比，本發明提出利用Laue透鏡的高級次衍射對硬X射線進行聚焦，並通過改變Laue透鏡結構中不同材料的厚度比，克服了傳統波帶片高級次衍射效率低下的問題，是實現高效率納米級硬X射線聚焦的有效方法。
文檔編號G21K1/06GKCN103021496SQ201110287085
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月24日
發明者黃秋實, 朱京濤, 李浩川, 王佔山 申請人:同濟大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan