众星无损检测实验室｜双曲弯晶测试案例2

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图1众星联恒无损检测实验室硬件展示

背景简介

图2 DCC实现单色聚焦示意图

如上图2，对于X射线而言，我们通常使用弯晶与微焦X射线的组合来得到kα的单色聚焦光束，可以用于高精度XRF和高分辨XRD等。为了提高分析速度，通常需要小聚焦尺寸和高光子通量，这需将薄晶体弯曲到小曲率半径基底上。而这里给晶体带来的内部应力和缺陷是影响DCC聚集和单色性能关键要素。所以通过准确测试DCC晶体的聚焦性能是评估其质量的关键步骤。继为我们的一个用户验证了其加工DCC晶体聚焦小于50微米的聚焦能力后，下面让我们一起了解我们为了另一位用户测试DCC聚焦性能的服务过程。

用户诉求

测试方案及结论

图3 DCC 双曲弯晶测试光路布局

如上图，我们选了我们实验室的一体化微焦点X射线与DCC弯晶耦合。为了确定光源焦点的尺寸，我们在调试之前的使用十字钨丝法（EN 12543-5）进行了测试，尺寸为12微米（8W, 50KV）。

图4 MiniPIX MAGIC探测器实物图

基于 PTB 标定的光电二极管，测量弯晶反射后的通量，由电流大小反算光子通量。PTB 标定提供了计量溯源基准，让结果可追溯、可比较。文献中常用“有/无光学计数率比值”推算衍射效率，需辅以几何修正[1]；我们直接由电流反算绝对光子通量，结果可直接与设计值对比。

使用如上图4所示的混合光子计数X射线探测器直接测量聚焦光斑尺寸，如有必要可以使用我们合作伙伴艾格斯瑞高分辨率X射线相机——SpotCam进行组合测量。

配套测试平台包括 X 射线源、PTB 标定光电二极管、高精度电控位移台、夹具工装等，覆盖从光路搭建到数据采集的全流程。

图5使用MiniPIX测得聚焦焦斑一个像素内

如上图5，经过方法反复的调试和优化,我们确保聚焦光斑的主要都集中在Minipix探测器一个像素内（55µmx55µm），验证了客户的聚焦性能预期。基于测试的光子计数和探测器效率，预计的光子数为：10E7 photons/s量级。

图6 使用标定的二极管测试光通量

如上图6，我们随即将MinipiX探测器替换为经过PTB标定的、积分式二极管探测器对聚焦光束进行准备光通量测试。测试聚焦通量为：2.037×10E7 photons/s @8W 50kV Cu（和MiniPIX估算的结果相当），其达到了用户的通量预期。

双曲X射线弯晶应用实例

▪ X射线反射测量法（XRR）

在硅片上沉积的 800 埃 TiN 薄膜的 XRR 数据，使用钨 Lα 线采集。

光源设置：3.5 W（35 kV，0.1 mA）；数据采集时间 100 秒。

数据采用位置灵敏探测器（PSD）采集，在距样品 400 mm 处设置一个 65 μm 狭缝进行扫描。该系统使用低功率钨 X 射线源（光斑尺寸 40 μm），实现了 0.01° 的卓越角分辨率和极高的计数率。

▪ 全反射 X 射线荧光光谱法（TXRF）

硅片表面残留物的能谱图，展示了使用钼 Kα 激发实现 3 皮克（pg）溴的检测。

光源设置：40 W（40 kV，1 mA）；数据采集时间 500 秒。

图中显示，采用紧凑型低功率 X 射线源，实现了约 2×10⁸个原子的低飞克级检测限。

使用硅双曲面弯晶可实现 10 μm 的微小束斑，用于颗粒分析与面分布成像（mapping）。

如果您也有验证需求

众星联恒作为一家前沿EUV-X射线领域服务及解决方案提供商，目前已储备一定规模的EUV与X射线相关设备与核心部件库存，具备快速交付能力，以更好地服务我们的用户。

如果您正在为 DCC 或其他光学元件的性能验证发愁，欢迎联系我们。基于众星X 射线开放实验室，我们能为您提供各类定制化测试服务。

我们是一支对于极紫外、X射线技术充满热情的团队，如果你有任何疑问想要和我们交流、探讨，不要犹豫，请直接联系我们。