X射線(xiàn)技術(shù)及應(yīng)用

1、X射線(xiàn)管射線(xiàn)管 轉(zhuǎn)靶轉(zhuǎn)靶焦點(diǎn)和輻射焦點(diǎn)和輻射 連續(xù)譜連續(xù)譜I(E) - IntensityE x-ray energy(Delta= 1eV) W/eVK - constant P0 incident power (W)Z - target atom numbern 1E0 incident electron energy（KeV） 特征譜特征譜 X-lines : KX-lines : Ka a, ,b b and L and La,ba,b etc. etc. K Ka a : K: Ka a1 1, , KKa a 2 2B ConstantF(x) Target material Co

2、ns.Ec Critical energy特征譜特征譜連續(xù)譜連續(xù)譜I(E)=BN(Z)F(x)(E0-Ec)mI(E)=P0KZn(E0-E)/E0同步輻射同步輻射 (合肥合肥)實(shí)驗(yàn)大廳實(shí)驗(yàn)大廳 (Hefei)Hefei 電子儲(chǔ)存環(huán)電子儲(chǔ)存環(huán)北京同步輻射實(shí)驗(yàn)室北京同步輻射實(shí)驗(yàn)室 (BSRF)BSRF (Beijing)244222()3e cEPmcb234432()eEEmcbvcb443()88.47/()88.47/2.654P kwEE kevE IBE I222()1.267 10()()( ) ( )LP kwEGeVBkGI A L m2B: Average522735/3233

3、( , )( )()16secye cergPtyKdrad22525/23275( , )(1)(1)()1671sece cXergPtXXrad5/3KX, /ccy , ,cc 。3343,32ccc3232( )5.59/186.4/()()2.218/0.06651ccEBEkeVEBE Fe 等離子體源等離子體源 2.01.51.00.50.00.51.0NeHe 相對(duì)強(qiáng)度 nm UndulatorWigglerBent MagnetSRSR譜譜固體靶源譜1.3 X射線(xiàn)的性質(zhì)射線(xiàn)的性質(zhì)n X X射線(xiàn)的吸收射線(xiàn)的吸收n X X射線(xiàn)的散射射線(xiàn)的散射n X X射線(xiàn)光學(xué)射線(xiàn)光學(xué)n X X

4、射線(xiàn)探測(cè)器射線(xiàn)探測(cè)器n X X射線(xiàn)的吸收射線(xiàn)的吸收I=I0exp(- t)Line absorption coefficient l=log(I0/I)/t (cm-1)Mass absorption coefficient m= / (cm2/g)Atom absorption coefficient a= / A/N (cm2/atom)Mol absorption coefficient mol=( / )A (cm2/mol對(duì)混合物和化合物對(duì)混合物和化合物 m=wi I (wi mass ratios)對(duì)連續(xù)對(duì)連續(xù)X X射線(xiàn)射線(xiàn) m=wi i ( i different wavelen

5、gth)重要重要! m photo electron + scattering + e+,e-Photo absorption section = A/N / / , , 和和 Z Z 的關(guān)系的關(guān)系 - Bragg-Pierce - Bragg-Pierce 定律定律 / = KZ4 3 (cm-1)吸收限和跳躍比吸收限和跳躍比(1)X(1)X射線(xiàn)反射鏡射線(xiàn)反射鏡 折射率：折射率：bin1 - - 折射因子折射因子b b - - 衰減因子衰減因子反射率：反射率：22222222222)cos(4)cos(4)()()(sin4)(sin4)(ctgctgIII)(sin(sin21222221

6、2aaba22柱面鏡柱面鏡材料：材料： Si，Ge，a a Crystal形狀形狀： 平晶，彎晶，球面平晶，彎晶，球面 柱面，環(huán)面，超環(huán)面柱面，環(huán)面，超環(huán)面應(yīng)用應(yīng)用： 單色器，成像單色器，成像 =2dsin npositive tone, polymer chain scission typenElectron beam, DUV, x-ray and multi-level lithography Molecular weight 50 - 950 kg/mol Solids content 4% - 10% Glass-transition temperature 85 - 106% re

7、fractive index 1.49 (for 950k at 6328) Solvent Chlorobenzene,chorobenzene/xylene MIBK (methyl-iso-butyl-ketone)MEK (methyl-ethyl-kotone) specific gravity 0.79 - 0.85 (MIBK) 1.08 - 1.14 (chlorobenzene) Flash point 28OC - chlorobenzene 17% - MIBK Appearance colorless liquid Filtration 0.20 m Sensitive

8、 wavelength: 200 - 240nm Store conditions: one year, 10 - 21%雙組分：基本樹(shù)脂材料雙組分：基本樹(shù)脂材料+ +含鹵族元素的光敏感劑含鹵族元素的光敏感劑 三組分：三組分：Novalok Novalok 樹(shù)脂樹(shù)脂- -基體，提供良好的抗干刻蝕特性基體，提供良好的抗干刻蝕特性 對(duì)輻射靈敏的組分對(duì)輻射靈敏的組分- -輻照后吸收光子產(chǎn)生強(qiáng)輻照后吸收光子產(chǎn)生強(qiáng)BronstedBronsted酸酸 阻溶劑阻溶劑- -對(duì)光子不敏感但對(duì)酸很敏感對(duì)光子不敏感但對(duì)酸很敏感 兩組分兩組分三組分三組分200300400500600700 800 9001,000

9、0.00.20.40.60.81.0D1D0 tr（歸一化）（歸一化）D(mJ/cm2)200400600800 10000.00.20.40.60.81.0D1D0.7D0 t tr r（歸一化）（歸一化）D(mJ/cm2)正性抗蝕劑的襯度曲線(xiàn)正性抗蝕劑的襯度曲線(xiàn) 負(fù)性抗蝕劑的襯度曲線(xiàn)負(fù)性抗蝕劑的襯度曲線(xiàn) 7 . 00DDnp110100.7(log)(log)pnDDDD1.75gp0.046r =E由由GrunGrun射程描述射程描述: :- 抗蝕劑的密度抗蝕劑的密度pE- - 為光子的能量為光子的能量 (KeV)(KeV)gr的單位為的單位為m = 4.5nm (C Ka a), 0.

10、83nm (Ru La a) 和和0.46nm (Al Ka a)rg = 5nm, 35nm 和和65nm = 550cm Feature size100nmPattern placement accuracy100nm)50% Optical transparency50% Absorber contrast20 Radiation stability1ppm(10kJ/cm2)l一些結(jié)果一些結(jié)果LIGALIGA技術(shù)技術(shù)工藝過(guò)程工藝過(guò)程（1 1）輻照輻照顯影顯影電鑄（鍍）電鑄（鍍）制模（鑄孔板）制模（鑄孔板）鑄塑鑄塑型模型模微靜電電機(jī)微靜電電機(jī) （1）實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法白光白光SR-XRF

11、- 簡(jiǎn)單快速簡(jiǎn)單快速單色光單色光SR-XRF 高分辨率高分辨率全反射全反射SR-XRF 高靈敏度高靈敏度 （2）監(jiān)測(cè)和凈化對(duì)像監(jiān)測(cè)和凈化對(duì)像 水源水源, 土壤土壤, 空氣，生物空氣，生物 無(wú)標(biāo)樣定量分析無(wú)標(biāo)樣定量分析逃逸峰的測(cè)量和計(jì)算逃逸峰的測(cè)量和計(jì)算*和峰的測(cè)量與計(jì)算和峰的測(cè)量與計(jì)算*植物的植物的SR-XRF譜數(shù)據(jù)庫(kù)譜數(shù)據(jù)庫(kù)Ar K Ca Sc TiV Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As0.00.20.40.60.81.01.21.41.6 ISi/IA（ % ）元素元素 方 法 1 方 法 1 實(shí) 驗(yàn) 值FeCoZnONiTiO2100100010000100000

12、K Ka+a+K Ka(a(計(jì)算)計(jì)算)K Ka+a+K Kb(b(實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn))K Ka+a+K Ka(a(計(jì)算)計(jì)算)峰強(qiáng)峰強(qiáng)樣品樣品K Ka aK Kb bK Ka+a+K Ka(a(實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)) 極地植物可做為全球污染指數(shù)的穩(wěn)定的指示樣品極地植物可做為全球污染指數(shù)的穩(wěn)定的指示樣品 Ca/K重元素Ar Ca Sc Ti Mn Fe Co Cu Zn As Se Sr Zr Hg Pb5.0 x1041.0 x1051.5x1052.0 x1052.5x1053.0 x1053.5x1054.0 x1054.5x105峰峰強(qiáng)強(qiáng)元元素素 企企鵝鵝骨骨（古古） 企企鵝鵝骨骨（鮮鮮）FeCaZnS

13、rCo樣品樣品 SS85SS9999/85Cr2.219.5886 0.30.3 Mn78919137 396436 Fe8212044248 96521532.23Ni10.953.6491 23.722.6 Cu18.840.9218 41.227.9 Zn69.7121.0174 80.85737.09As4151075259 - Sr40016348 1802851.58刺石松刺石松海蒿子海蒿子99/85HH99HH85 六安正陽(yáng)關(guān)蚌埠洪澤湖K100100100100Ca41.519.62343.7Ti0.50.13.85.6Mn23.143.655.687.8Fe16.862.593.3219Co0.30.60.71.8Ni0.51.90.20.3Cu0.91.10.81.0Zn2.73.02.45.3Br0.20.60.30.9Rb0.60.70.30.6Sr0.60.50.50.9CaMnFeCuZnRb051015202530相對(duì)峰強(qiáng)相對(duì)峰強(qiáng)元素元素六安新渭河（六安新渭河（源 ：CaCO3)廬州廬州鐘山鐵礦水塘鐘山鐵礦水塘滁州銅礦山水庫(kù)滁州銅礦山水庫(kù)重污染重污染輕污染輕污染 010 20 30 40 50 60 70 80 90 1000102