CN117214219A - X射线源及真空系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种X射线源及真空系统，X射线源包括：电子束源，用于发射电子束；靶材阵列，包括至少一个靶材区域，至少一个靶材区域包括工作靶材区域，用于接收电子束，并产生X射线，其中，电子束的束斑覆盖工作靶材区域。

Description

X射线源及真空系统

技术领域

本公开涉及真空电子设备领域，特别涉及一种X射线源及真空系统。

背景技术

X射线光电子能谱仪(XPS)中使用电子枪发射的高能电子束轰击阳极靶材，由靶点产生的X射线辐照在样品上，从而对样品进行检测。随着非均匀样品的测试需求日益旺盛，提高设备的空间分辨率成为了XPS的发展趋势，样品上的光斑大小是影响设备的空间分辨率的重要因素。

在传统技术中，减小光源尺寸的方法主要有提高电子枪的聚焦性能和物理遮挡部分电子束流两种。提高电子枪的聚焦性能对于电子枪的电子光学设计要求较高，且在高束流下聚焦性能会因电子能散和空间电荷效应的增强而降低，最终影响X射线的检测效果。而物理遮挡部分电子束流则会损失相当部分的束流，造成能量浪费，从而使得设备使用成本高昂，且在大束流下，束流的遮挡物也会被电子束蒸发，影响整体设备真空度，缩短设备使用寿命。

发明内容

本公开提供了一种X射线源，包括：电子束源，用于发射电子束；靶材阵列，包括至少一个靶材区域，至少一个靶材区域包括工作靶材区域，用于接收电子束，并产生X射线，其中，电子束的束斑覆盖工作靶材区域。

本公开提供了一种真空系统，包括：真空腔；样品，设置在真空腔内；如本公开的一些实施例中任意一项的X射线源，设置在真空腔内，用于向样品发射X射线。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本公开一些实施例的X射线源的工作示意图；

图2示出根据本公开一些实施例的靶材阵列的结构示意图；

图3示出根据本公开一些实施例的X射线源的部分结构示意图；

图4示出根据本公开一些实施例的真空系统的工作示意图。

在上述附图中，各附图标记分别表示：

10 电子束源

20 靶材阵列

21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21i、21j靶材区域22 衬底

30 移动装置

31 电机

32 密封法兰

33 波纹管

34 承载架

40凹面单色化晶体

具体实施方式

下面将结合附图对本公开一些实施例进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例，而不是全部的实施例。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接；可以是两个元件内部的连通。在本公开的描述中，远端或远侧是指深入真空环境(例如，真空腔)的一端或一侧，近端或近侧是与远端或远侧相对的一端或一侧(例如，远离真空腔的一端或一侧，或者真空腔内靠近真空腔壁的一端或一侧等等)。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

图1示出根据本公开一些实施例的X射线源100的工作示意图。图2示出根据本公开一些实施例的靶材阵列20的结构示意图。

如图1和图2所示，X射线源可以包括电子束源10和靶材阵列20。电子束源10能够用于发射电子束，靶材阵列20包括至少一个靶材区域21(例如，靶材区域21a、靶材区域21b、靶材区域21c、靶材区域21d、靶材区域21e、靶材区域21f、靶材区域21g、靶材区域21h、靶材区域21i、靶材区域21j)。至少一个靶材区域21(例如，靶材区域21a、靶材区域21b、靶材区域21c、靶材区域21d、靶材区域21e、靶材区域21f、靶材区域21g、靶材区域21h、靶材区域21i、靶材区域21j)可以包括工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)，能够用于接收电子束，并产生X射线。其中，电子束的束斑覆盖工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)，可以在无需严格控制电子束束斑大小的情况下，使得电子束轰击工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)产生X射线。此外，工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)的面积与X射线在样品检测中照射到样品表面的面积大小成线性关系，因而，本公开提供的X射线源能够通过控制工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)的尺寸(例如，直径等)，精确控制样品检测区域，提高分辨率，从而提高检测准确性。

如图1和图2所示，在本公开的一些实施例中，X射线源100还可以包括凹面单色化晶体40。凹面单色化晶体40能够用于对工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)产生的X射线进行聚焦，并对工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)产生的X射线进行滤波。

本领域技术人员可以理解，虽然本公开中凹面单色化晶体40作为集成的聚焦装置和滤波装置，能够对工作靶材区域产生的X射线进行聚焦和滤波，但这仅是示例性的。在本公开的另一些实施例中，X射线源也可以包括单独用于对工作靶材区域产生的X射线进行聚焦的聚焦装置和单独用于对工作靶材区域产生的X射线进行滤波的滤波装置。

如图1和图2所示，在本公开的一些实施例中，靶材阵列20可以包括衬底22，至少一个靶材区域21(例如，靶材区域21a、靶材区域21b、靶材区域21c、靶材区域21d、靶材区域21e、靶材区域21f、靶材区域21g、靶材区域21h、靶材区域21i、靶材区域21j)设置(例如，蒸镀、沉积、涂覆等等)在在衬底22上。衬底22的材料可以包括铜或钼，靶材区域21(例如，靶材区域21a、靶材区域21b、靶材区域21c、靶材区域21d、靶材区域21e、靶材区域21f、靶材区域21g、靶材区域21h、靶材区域21i、靶材区域21j)的材料可以包括镁或铝。当电子束轰击工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)时，仅设置有靶材区域材料(例如，镁或铝)的区域能够产生X射线，其他区域无法产生，因此能够精确地调控X射线最终照射在样品上的大小。例如，当工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)镀有铝材料，当电子束轰击工作靶材区域(例如，工作靶材区域21a)时，仅镀有铝的区域能够产生分析检测所需要的Al Kα射线。

如图1和图2所示，在本公开的一些实施例中，靶材区域21(例如，靶材区域21a、靶材区域21b、靶材区域21c、靶材区域21d、靶材区域21e、靶材区域21f、靶材区域21g、靶材区域21h、靶材区域21i、靶材区域21j)可以具有各种合适的形状，并且直径范围可以为1μm-100μm。本领域技术人员可以理解，在本公开中，靶材区域21的形状可以为圆形、椭圆形、多边形等等，直径也应该作宽泛解释，是指靶材区域21的中心到最远边界的距离。较小的靶材区域21的直径能够缩小X射线对样品表面的检测范围，提高分辨率。

本领域技术人员可以理解，虽然在本公开的一些实施例中，至少一个靶材区域21设置在衬底22上，但这仅是示例性的，在本公开的另一些实施例中，靶材阵列还可以包括靶材基板和设置在靶材基板上的掩膜，掩膜上包括至少一个孔，能够用于在靶材基板上形成至少一个靶材区域。靶材基板的材料包括镁或铝，掩膜可以包括蓝宝石掩膜。

图3示出根据本公开一些实施例的X射线源100的部分结构示意图。

如图3所示，在本公开的一些实施例中，X射线源100还可以包括移动装置30。移动装置30与靶材阵列20固定连接，能够用于移动靶材阵列20，以切换至少一个靶材区域21(例如，靶材区域21a、靶材区域21b、靶材区域21c、靶材区域21d、靶材区域21e、靶材区域21f、靶材区域21g、靶材区域21h、靶材区域21i、靶材区域21j)，以形成工作靶材区域。例如，移动装置30可以移动靶材阵列20，以将工作靶材区域21a切换为工作靶材区域21b。

如图3所示，在本公开的一些实施例中，移动装置30包括电机31、密封法兰32、波纹管33、支撑架34。波纹管33的近端与密封法兰32真空密封连接，波纹管33的远端设置有盖体(图中未示出)。电机31的输出端穿过密封法兰32以及波纹管33，与盖体的近端固定连接，能够用于驱动盖体做线性运动。支撑架34的近端与盖体的远端固定连接，能够在电机31的驱动下做线性运动。靶材阵列20设置在支撑架34的远端，在电机31的驱动下支撑架34带动靶材阵列20做线性运动，使得靶材阵列20能够移动，电子束轰击不同靶材区域21(例如，靶材区域21a、靶材区域21b、靶材区域21c、靶材区域21d、靶材区域21e、靶材区域21f、靶材区域21g、靶材区域21h、靶材区域21i、靶材区域21j)，得到X射线。

此外，在一些实施例中，移动装置30还可以包括驱动支撑杆34横向摆动的驱动装置，以使得靶材阵列20能够在靶材阵列20所在的平面上移动，切换工作靶材区域。

根据本公开一些实施例的X射线源能够带来有益的技术效果。例如，本公开一些实施例的X射线源能够解决常规技术中以下问题中的一项或多项：传统X射线源在样品上的照射范围大，检测分辨率低；通过遮挡电子束流减小照射范围的方式使得电子束流损失大、使用成本高、设备使用寿命低，能够实现通过工作靶材区域的面积控制X射线在样品上的照射面积，提高分辨率从而提高检测准确性，同时，结构简单易实现、设备成本低，设备使用寿命长的技术效果。

图4示出根据本公开一些实施例的真空系统的工作示意图。

如图4所示，真空系统1000可以包括真空腔200、样品300以及X射线源100。样品300设置在真空腔200内，X射线源100设置在真空腔200内，能够用于向样品300发射X射线。

如图4所示，在本公开的一些实施例中，真空系统1000还可以包括检测装置(图中未示出)。检测装置设置在真空腔200内，X射线源100发出的X射线轰击样品200，因光电效应产生电子，电子进入检测装置。检测装置通过测定电子的能量来确定它来自于何种元素，从而确定样品300的元素组成。

需要指出的是，以上仅为本公开的示例性实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种X射线源，其特征在于，包括：

电子束源，用于发射电子束；

靶材阵列，包括至少一个靶材区域，所述至少一个靶材区域包括工作靶材区域，用于接收所述电子束，并产生X射线，

其中，所述电子束的束斑覆盖所述工作靶材区域。

2.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于，还包括：

聚焦装置，用于对所述工作靶材区域产生的所述X射线进行聚焦。

3.根据权利要求2所述的X射线源，其特征在于，还包括：

滤波装置，用于所述工作靶材区域产生的所述X射线进行滤波。

4.根据权利要求3所述的X射线源，其特征在于，

所述聚焦装置与所述滤波装置集成。

5.根据权利要求4所述的X射线源，其特征在于，集成的所述聚焦装置和滤波装置包括凹面单色化晶体。

6.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于，所述靶材阵列包括衬底，所述至少一个靶材区域设置在在所述衬底上。

7.根据权利要求6所述的X射线源，其特征在于，

所述衬底的材料包括铜或钼，

所述靶材区域的材料包括镁或铝。

8.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于，所述靶材阵列包括：靶材基板和设置在所述靶材基板上的掩膜，所述掩膜上包括至少一个孔，用于在所述靶材基板上形成所述至少一个靶材区域。

9.根据权利要求8所述的X射线源，其特征在于，

所述靶材基板的材料包括镁或铝；

所述掩膜包括蓝宝石掩膜。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的X射线源，其特征在于，所述靶材区域的直径范围为1μm-100μm。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的X射线源，其特征在于，还包括：

移动装置，与所述靶材阵列固定连接，用于移动所述靶材阵列，以切换所述至少一个靶材区域，形成所述工作靶材区域。

12.一种真空系统，其特征在于，包括：

真空腔；

样品，设置在所述真空腔内；

如权利要求1-11中任意一项所述的X射线源，设置在所述真空腔内，用于向所述样品发射X射线。

13.根据权利要求12所述的真空系统，其特征在于，还包括：

检测装置，设置在所述真空腔内，用于接受所述样品反射的X射线，以对所述样品进行分析检测。