X射线技术和应用中国科学技术大学

1、X射线管射线管 转靶转靶焦点和辐射焦点和辐射 连续谱连续谱I(E) - IntensityE x-ray energy(Delta= 1eV) W/eVK - constant P0 incident power (W)Z - target atom numbern 1E0 incident electron energy（KeV） 特征谱特征谱 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特征谱特征谱连续谱连续谱I(E)=BN(Z)F(x)(E0-Ec)mI(E)=P0KZn(E0-E)/E0同步辐射同步辐射 (合肥合肥)实验大厅实验大厅 (Hefei)Hefei 电子储存环电子储存环北京同步辐射实验室北京同步辐射实验室 (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 等离子体源等离子体源 2.01.51.00.50.00.51.0NeHe 相对强度 nm 气体等离子体气体等离子体辐射的辐射的X射线射线谱谱UndulatorWigglerBent MagnetSRSR谱谱固体靶源谱1.3 X射线的性质射线的性质n X X射线的吸收射线的吸收n X X射线的

4、散射射线的散射n X X射线光学射线光学n X X射线探测器射线探测器n X X射线的吸收射线的吸收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对混合物和化合物对混合物和化合物 m=wi I (wi mass ratios)对连续对连续X X射线射线 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 的关系的关系 - Bragg-Pierce - Bragg-Pierce 定律定律 / = KZ4 3 (cm-1)吸收限和跳跃比吸收限和跳跃比(1)X(1)X射线反射镜射线反射镜 折射率：折射率：bin1 - - 折射因子折射因子b b - - 衰减因子衰减因子反射率：反射率：22222222222)cos(4)cos(4)()()(sin4)(sin4)(c

6、tgctgIII)(sin(sin212222212aaba22柱面镜柱面镜材料：材料： Si，Ge，a a Crystal形状形状： 平晶，弯晶，球面平晶，弯晶，球面 柱面，环面，超环面柱面，环面，超环面应用应用： 单色器，成像单色器，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%双组分：基本树脂材料双组分：基本树脂材料+ +含卤族元素的光敏感剂含卤族元素的光敏感剂 三组分：三组分：NovalokNovalok 树脂树脂- -基体，提供良好的抗干刻蚀特性基体，提供良好的抗干刻蚀特性 对辐射灵敏的组分对辐射灵敏的组分- -辐照后吸收光子产生强辐照后吸收光子产生强BronstedBronsted酸酸 阻溶剂阻溶剂- -对光子不敏感但对酸很敏感对光子不敏感但对酸很敏感 两组分两组分三组分三组分2003004

9、00500600700 800 9001,0000.00.20.40.60.81.0D1D0 tr（归一化）（归一化）D(mJ/cm2)200400600800 10000.00.20.40.60.81.0D1D0.7D0 t tr r（归一化）（归一化）D(mJ/cm2)正性抗蚀剂的衬度曲线正性抗蚀剂的衬度曲线 负性抗蚀剂的衬度曲线负性抗蚀剂的衬度曲线 7 . 00DDnp110100.7(log)(log)pnDDDD1.75gp0.046r =E由由GrunGrun射程描述射程描述: :- 抗蚀剂的密度抗蚀剂的密度pE- - 为光子的能量为光子的能量 (KeV(KeV) )gr的单位为的

10、单位为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一些结果一些结果LIGALIGA技术技术工艺过程工艺过程（1 1）辐照辐照显影显影电铸（镀）电铸（镀）制模（铸孔板）制模（铸孔板）铸塑铸塑型模型模微静电电机微静电

11、电机 （1）实验方法实验方法白光白光SR-XRF - 简单快速简单快速单色光单色光SR-XRF 高分辨率高分辨率全反射全反射SR-XRF 高灵敏度高灵敏度 （2）监测和净化对像监测和净化对像 水源水源, 土壤土壤, 空气，生物空气，生物 无标样定量分析无标样定量分析逃逸峰的测量和计算逃逸峰的测量和计算*和峰的测量与计算和峰的测量与计算*植物的植物的SR-XRF谱数据库谱数据库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 实 验 值FeCoZn

12、ONiTiO2100100010000100000K Ka+a+K Ka(a(计算)计算)K Ka+a+K Kb(b(实验)实验)K Ka+a+K Ka(a(计算)计算)峰强峰强样品样品K Ka aK Kb bK Ka+a+K Ka(a(实验)实验) 极地植物可做为全球污染指数的稳定的指示样品极地植物可做为全球污染指数的稳定的指示样品 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峰峰强强元元素素 企企鹅

13、鹅骨骨（古古） 企企鹅鹅骨骨（鲜鲜）FeCaZnSrCo样品样品 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 六安正阳关蚌埠洪泽湖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样品：样品： 金鱼藻金鱼藻FeFe峰强增加峰强增加2 2倍（铁矿污染）倍（铁矿污染）CuCu峰强增加峰强增加8 8倍（铜矿污染）倍（铜矿污染）CaMnFeCuZnRb051015202530相对峰强相对峰强元素元素六安新渭河（六安新渭河（源 ：CaCO3)庐州庐州钟山铁矿水塘钟山铁矿水塘滁州铜矿山水库滁州铜矿山水库重污染重污染轻污染轻污染 Pb：在048 小时，浓度基本是线性增加，而后趋缓， 72小时后接近饱和Hg: 在024 小时，浓度缓慢增加，而后速率加大， 72小时后接近饱和010 20 30 40 50 60 70 80 90 100010203040