用于深度可选X射线分析的系统和方法技术方案

一种用于X射线分析的系统包括至少一个X射线源，该至少一个X射线源被配置为发射X射线。该至少一个X射线源包括至少一个碳化硅子源，该至少一个碳化硅子源位于至少一个导热衬底上或嵌入在其中，并且被配置为响应于对该至少一个碳化硅子源的电子轰击而产生X射线。从至少一个X射线源发射的X射线中的至少一部分包括Si X射线发射线X射线。该系统还包括至少一个X射线光具组，该至少一个X射线光具组被配置为接收Si X射线发射线X射线并利用Si X射线发射线X射线中的至少一部分来照射样品。发射线X射线中的至少一部分来照射样品。发射线X射线中的至少一部分来照射样品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于深度可选X射线分析的系统和方法
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求于2018年9月7日提交的美国临时申请No.62/728,574的优先权的权益，该临时申请的整体通过引用结合于此。


[0003]本申请总体涉及用于使用X射线来分析样品的系统和方法，并且更具体地，涉及被配置为提供可在X射线能量范围内选择的软(soft)X射线和/或柔(tender)X射线的X射线源。

技术介绍

[0004]常规的基于实验室的X射线源通过用电子束轰击靶(target)材料(例如，固态阳极；液态金属射流)来产生X射线。所产生的X射线包括由电子束产生的发射(例如，荧光)X射线，这些电子束在靶原子的内核电子轨道中产生空穴，这些空穴然后由靶的具有比内核心电子轨道低的结合能量的电子填充，并伴随产生发射X射线。发射X射线具有离散能量，这些离散能量是靶原子的特征并且小于电子束的动能。此外，所产生的X射线包括通过靶材料内的电子束的减速而产生的轫致辐射(Bremsstrahlung)X射线，轫致辐射X射线具有从零到电子束的动能的连续能量。通常，在具有预定能量的X射线照射样品的X射线分析应用(例如，X射线光电子能谱)中，X射线源的靶材料是基于发射X射线的特征性离散能量来选择的。
[0005]例如，图1示出了钛的1s、2p、3d和4s芯态能级(core level)和氧的1s、2s和2p芯态能级的X射线光电子截面。此外，图1示出了Al Kα发射x射线线的能量(1.49keV)(例如，可以从常规的基于Al的X射线源获得)和Ga Kα发射X射线线的能量(9.25keV)(例如，可以从常规的基于Ga的液体射流X射线源获得)。在这两个示例常规X射线源之间的X射线光子能量范围内，Ti 2p、Ti 3d、O 1s和O 2s芯态能级的单电子截面变化了2到3个数量级之间，并且Ti 4s和O 2p芯态能级的单电子截面变化了约4个数量级。

技术实现思路

[0006]在本文公开的一个方面中，一种用于X射线分析的系统包括至少一个X射线源，被配置为发射X射线。该至少一个X射线源包括至少一个碳化硅子源，该至少一个碳化硅子源位于至少一个导热衬底上或嵌入在其中，并且被配置为响应于对该至少一个碳化硅子源的电子轰击而产生X射线。从至少一个X射线源发射的至少一些X射线包括Si X射线发射线X射线。该系统还包括至少一个X射线光具组(optical train)，其被配置为接收Si X射线发射线X射线并利用Si X射线发射线X射线中的至少一部分来照射样品。
[0007]在本文公开的另一方面，X射线源包括至少一个电子源和至少一个靶，该至少一个电子源被配置为产生至少一个电子束。该至少一个靶包括至少一个导热衬底以及多个子源，该多个子源位于该至少一个导热衬底的至少一部分上或嵌入在其中。这些子源彼此分开并且与该至少一个导热衬底热连通。该多个子源中的至少一个子源包括碳化硅，并且被
配置为响应于至少一个电子束的轰击而发射Si X射线发射线X射线。
[0008]在本文公开的另一方面，一种X射线分析的方法包括用电子轰击包括碳化硅的靶材料。该方法还包括从靶材料发射Si X射线发射线X射线。该方法还包括用Si X射线发射线X射线中的至少一部分照射样品。该方法还包括检测从样品发射的X射线和/或电子。
[0009]在本文公开的另一方面，一种X射线照射系统包括至少一个X射线源，该至少一个X射线源至少包括第一X射线子源和第二X射线子源。第一X射线子源和第二X射线子源位于至少一个导热衬底上或嵌入在其中。第一X射线子源包括第一材料，该第一材料被配置为响应于对第一X射线子源的电子轰击而产生第一X射线。第二X射线子源包括与第一材料不同的第二材料，该第二材料被配置为响应于对第二X射线子源的电子轰击而产生第二X射线。该系统还包括多个X射线光具组，其包括第一光具组和第二光具组。第一光具组包括至少一个第一准直X射线反射镜、至少一个第一能量选择性X射线单色仪或多层、以及至少一个第一聚焦X射线反射镜。第一光具组被配置为被定位以引导从第一X射线子源发射的至少一些第一X射线照射样品。第二光具组包括至少一个第二准直X射线反射镜、至少一个第二能量选择性X射线单色仪或多层、以及至少一个第二聚焦X射线反射镜。第二光具组被配置为被定位以引导从第二X射线子源发射的第二X射线中的至少一部分照射样品。
[0010]在本文公开的另一方面，一种X射线光电子能谱系统包括至少一个X射线源，该至少一个X射线源包括位于至少一个导热衬底上或嵌入在其中的多个X射线子源。X射线子源包括被配置为响应于电子轰击而产生X射线的多种材料。该系统还包括多个X射线光具组，每个光具组包括至少一个准直X射线光学元件、至少一个能量选择性光学元件、以及至少一个聚焦X射线光学元件。该多个X射线光具组被配置为被定位以引导从多个X射线子源中的所选择的一个发射的X射线中的至少一部分照射样品。该系统还包括样品室(chamber)，该样品室被配置为在样品压力下容纳样品。该系统还包括第一室和第一静电透镜，该第一静电透镜以小于样品压力的第一压力被容纳在第一室中。样品室和第一室被第一壁彼此分开，该第一壁具有第一孔，该第一孔被配置为允许来自样品的至少一些光电子从样品室传播到第一室。该系统还包括第二室和第二静电透镜，该第二静电透镜以小于第一压力的第二压力被容纳在第二室中。第一室和第二室被第二壁彼此分开，该第二壁具有第二孔，该第二孔被配置为允许第一室中的至少一些光电子传播到第二室。
附图说明
[0011]图1示出了钛的1s、2p、3d和4s芯态能级以及氧的1s、2s和2p芯态能级的光电发射截面，以及Al KαX射线线的能量(1.49keV)和Ga Kα射线线的能量(9.25keV)。
[0012]图2A至图2C示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的用于X射线分析的系统的各种示例。
[0013]图3示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的被配置为发射X射线的示例X射线源。
[0014]图4A示出了根据本文描述的某些实施例的入射在硅表面上的光子的衰减长度随光子能量的变化。
[0015]图4B示出了根据本文描述的某些实施例的入射在铪表面上的光子的衰减长度随光子能量的变化。
[0016]图5A示出了根据本文描述的某些实施例的电子的参数化非弹性平均自由程随电子动能的变化的曲线图。
[0017]图5B示出了根据本文描述的某些实施例的电子的参数化非弹性平均自由程随电子动能的变化的曲线图以及相应的值表，其中箭头表示由三条X射线线(Si Kα1；Rh Kα；Cr Kα1)产生的Hf M5(3d
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)光电子的能量。
[0018]图5C示出了根据本文描述的某些实施例的电子的参数化非弹性平均自由程随电子动能的变化的曲线图以及相应的值表，其中箭头表示由三条X射线线(Si Kα1；Rh Kα；Cr Kα1)产生的Al K(1s)光电子和Al L(2p)光电子的能量。
[0019]图5D示出了根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于X射线分析的系统，所述系统包括：至少一个X射线源，被配置为发射X射线，所述至少一个X射线源包括至少一个碳化硅子源，所述至少一个碳化硅子源位于至少一个导热衬底上或嵌入至少一个导热衬底中，并且所述至少一个碳化硅子源被配置为响应于对所述至少一个碳化硅子源的电子轰击而产生所述X射线，从所述至少一个X射线源发射的所述X射线中的至少一部分包括Si X射线发射线X射线；以及至少一个X射线光具组，被配置为接收所述Si X射线发射线X射线并利用所述Si X射线发射线X射线中的至少一部分来照射样品。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述Si X射线发射线X射线包括Si Kα
1 X射线发射线X射线。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个X射线源还包括至少一个第二子源，所述至少一个第二子源位于所述至少一个导热衬底上或嵌入在所述至少一个导热衬底中，所述至少一个第二子源被配置为响应于对所述至少一个第二子源的电子轰击而产生X射线，所述至少一个第二子源包括不同于碳化硅的至少一种材料，从所述至少一个X射线源发射的所述X射线中的至少一部分包括所述至少一种材料的X射线发射线X射线。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述至少一种材料选自由下列项组成的组：Al、Ag、Rh、Cr、Au、Ti、Fe和Mo，并且从所述至少一个X射线源发射的X射线包括下列项中的至少一项：Al Kα X射线发射线X射线；Ag Lα X射线发射线X射线；Rh Lα X射线发射线X射线；Cr Kα1X射线发射线X射线；Au Lα X射线发射线X射线；Ti Kα X射线发射线X射线；Fe Kα X射线发射线X射线；Mo Lα X射线发射线X射线；Mo Lβ1X射线发射线X射线，以及Mo Lβ
2 X射线发射线X射线。5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述至少一个X射线光具组包括多个X射线光具组，所述多个X射线光具组被配置为相对于所述至少一个X射线源和/或所述样品被移动，使得所述多个X射线光具组中的所选择的X射线光具组被定位以接收从所述至少一个X射线源发射的X射线并用第三X射线束照射所述样品。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个X射线光具组中的第一X射线光具组被配置用于将所述Si X射线发射线X射线转换为所述第三X射线束，并且所述多个X射线光具组中的第二X射线光具组被配置用于将所述至少一种材料的X射线发射线X射线转换为所述第三X射线束。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个光具组被配置为将所述Si X射线发射线X射线中的至少一部分聚焦在所述样品上。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述至少一个光具组包括：至少一个第一X射线光学元件，被配置为接收从所述至少一个X射线源发射的X射线中的至少一部分并产生经准直第一X射线束；至少一个第二X射线光学元件，被配置为接收所述经准直第一X射线束的至少一部分并发射包括所述Si X射线发射线X射线的单色第二X射线束；以及至少一个第三X射线光学元件，被配置为接收所述单色第二X射线束的至少一部分并且将第三X射线束聚焦在所述样品上。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个第一X射线光学元件包括至少一个
轴向对称的X射线准直光学器件。10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个第二X射线光学元件包括至少一个X射线晶体单色仪。11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个第三X射线光学元件包括至少一个轴向对称的X射线聚焦光学器件。12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统还包括至少一个检测器子系统，所述检测器子系统被配置为检测响应于所述样品被所述第三X射线束照射而从所述样品发射的X射线和/或电子。13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括下列项中的一项或多项：X射线光电子能谱(XPS)系统、光电发射电子显微镜(PEEM)系统、角分辨光电发射光谱(ARPES)系统、环境压力X射线光电子能谱(APXPS)系统、X射线荧光(XRF)系统、X射线发射(XES)系统、X射线相衬成像系统、以及计算机断层摄影成像系统。14.一种X射线源，包括：至少一个电子源，被配置为产生至少一个电子束；以及至少一个靶，包括：至少一个导热衬底；以及多个子源，所述多个子源位于所述至少一个导热衬底的至少一部分上或嵌入在所述至少一个导热衬底的至少一部分中，所述子源彼此分开并且与所述至少一个导热衬底热连通，所述多个子源中的至少一个子源包括碳化硅并且被配置为响应于所述至少一个电子束的轰击而发射Si X射线发射线X射线。15.根据权利要求14所述的X射线源，还包括：X射线窗，被配置为允许所述Si X射线发射线X射线中的至少一部分从位于所述X射线源内并包含所述至少一个靶的第一区域通过所述X射线窗口传播到位于所述X射线源外部的第二区域。16.根据权利要求14所述的X射线源，其中，所述至少一个电子源包括至少一个电子枪柱，所述电子枪柱被配置为产生所述至少一个电子束并引导所述至少一个电子束轰击所述多个子源中的至少一个所选择的子源。17.根据权利要求14所述的X射线源，其中，所述至少一个导热衬底包括金刚石，并且所述至少一个子源包括溅射到所述至少一个导热衬底上的碳化硅层。18.根据权利要求14所述的X射线源，其中，所述多个子源还包括至少一个第二子源，所述至少一个第二子源包括不同于碳化硅的至少一种靶材料，并且所述至少一个第二子源被配置为响应于所述至少一个电子束的轰击而发射所述至少一种靶材料的X射线发射线X射线。19.根据权利要求18所述的X射线源，其中，所述至少一种靶材料选自由下列项组成的组：Al、Ag、Rh、Cr、Au、Ti、Fe和Mo。20.一种X射线分析的方法，所述方法包括：用电子轰击包括碳化硅的靶材料；从所述靶材料发射Si X射线发射线X射线；用所述Si X射线发射线X射线中的至少一部分照射样品；以及检测从所述样品发射的X射线和...

【专利技术属性】
技术研发人员：云文兵，雅诺什，
申请(专利权)人：斯格瑞公司，
类型：发明
国别省市：