X射線技術(shù)和應(yīng)用中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

1、X射線管射線管 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 電子儲存環(huán)電子儲存環(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 相對強(qiáng)度 nm 氣體等離子體氣體等離子體輻射的輻射的X射線射線譜譜UndulatorWigglerBent MagnetSRSR譜譜固體靶源譜1.3 X射線的性質(zhì)射線的性質(zhì)n X X射線的吸收射線的吸收n X X射線的

4、散射射線的散射n X X射線光學(xué)射線光學(xué)n X X射線探測器射線探測器n X X射線的吸收射線的吸收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對混合物和化合物對混合物和化合物 m=wi I (wi mass ratios)對連續(xù)對連續(xù)X X射線射線 m=w

5、i i ( i different wavelength)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射線反射鏡射線反射鏡 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)(c

6、tgctgIII)(sin(sin212222212aaba22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

7、 temperature 85 - 106% refractive 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 Fi

8、ltration 0.20 m Sensitive wavelength: 200 - 240nm Store conditions: one year, 10 - 21%雙組分：基本樹脂材料雙組分：基本樹脂材料+ +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：NovalokNovalok 樹脂樹脂- -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 對輻射靈敏的組分對輻射靈敏的組分- -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- -對光子不敏感但對酸很敏感對光子不敏感但對酸很敏感 兩組分兩組分三組分三組分2003004

9、00500600700 800 9001,0000.00.20.40.60.81.0D1D0 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正性抗蝕劑的襯度曲線 負(fù)性抗蝕劑的襯度曲線負(fù)性抗蝕劑的襯度曲線 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

10、單位為m = 4.5nm (C Ka a), 0.83nm (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)工藝過程工藝過程（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

11、電機(jī) （1）實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法白光白光SR-XRF - 簡單快速簡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)測和凈化對像監(jiān)測和凈化對像 水源水源, 土壤土壤, 空氣，生物空氣，生物 無標(biāo)樣定量分析無標(biāo)樣定量分析逃逸峰的測量和計(jì)算逃逸峰的測量和計(jì)算*和峰的測量與計(jì)算和峰的測量與計(jì)算*植物的植物的SR-XRF譜數(shù)據(jù)庫譜數(shù)據(jù)庫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FeCoZn

12、ONiTiO2100100010000100000K 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

13、鵝骨骨（古古） 企企鵝鵝骨骨（鮮鮮）FeCaZnSrCo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 六安正陽關(guān)蚌埠洪澤湖K100100100100Ca41.519.62343.7Ti0.50.13.85.6Mn23.

14、143.655.687.8Fe16.862.593.3219Co0.30.60.71.8Ni0.51.90.20.3Cu0.91.10.81.0Zn2.73.02.45.3Br0.20.60.30.9Rb0.60.70.30.6Sr0.60.50.50.9樣品：樣品： 金魚藻金魚藻FeFe峰強(qiáng)增加峰強(qiáng)增加2 2倍（鐵礦污染）倍（鐵礦污染）CuCu峰強(qiáng)增加峰強(qiáng)增加8 8倍（銅礦污染）倍（銅礦污染）CaMnFeCuZnRb051015202530相對峰強(qiáng)相對峰強(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滁州銅礦山水庫重污染重污染輕污染輕污染 Pb：在048 小時，濃度基本是線性增加，而后趨緩， 72小時后接近飽和Hg: 在024 小時，濃度緩慢增加，而后速率加大， 72小時后接近飽和010 20 30 40 50 60 70 80 90 100010203040