CZ201217A3 - Tepelne tvarované kremíkové plátky pro presnou rentgenovou optiku - Google Patents
Tepelne tvarované kremíkové plátky pro presnou rentgenovou optiku Download PDFInfo
- Publication number
- CZ201217A3 CZ201217A3 CZ20120017A CZ201217A CZ201217A3 CZ 201217 A3 CZ201217 A3 CZ 201217A3 CZ 20120017 A CZ20120017 A CZ 20120017A CZ 201217 A CZ201217 A CZ 201217A CZ 201217 A3 CZ201217 A3 CZ 201217A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- silicon wafer
- silicon wafers
- functional
- ray
- starting
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 121
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 121
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 241000446313 Lamella Species 0.000 title 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 138
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 13
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 5
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 3
- 238000003963 x-ray microscopy Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000010603 microCT Methods 0.000 description 2
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 2
- VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N [O].[Ar] Chemical compound [O].[Ar] VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012921 fluorescence analysis Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- DOTMOQHOJINYBL-UHFFFAOYSA-N molecular nitrogen;molecular oxygen Chemical compound N#N.O=O DOTMOQHOJINYBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Monokrystalický výchozí kremíkový plátek (1) je predem dopovaný alespon jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen a antimon, v mnozství od 0 do 2,0.10.sup.21.n.atomu v jednom cm.sup.3.n.materiálu výchozího monokrystalického kremíkového plátku (1). Výchozí kremíkový plátek (1) je rovinný a vykazuje rovinnost pod 10 .mi.m. Výchozí kremíkový plátek (1) má tloustku pod 0,8 mm; krystalografickou orientaci <100> nebo <111>; strední hodnotu mikrodrsnosti R.sub.a.n.povrchu mensí nez R.sub.a.n.= 0,6 nm na funkcní odrazové plose. Výsledný kremíkový plátek (10) má presný optický tvar funkcního odrazového povrchu s odchylkou od pozadovaného tvaru pod 20 .mi.m a vysokou optickou kvalitu se strední hodnotou mikrodrsnosti R.sub.a.n.pod 1,0 nm, s výhodou pod 0,4 nm. Výchozí kremíkový plátek (1) má s výhodou merný elektrický odpor 5.10.sup.-3.n.az 185.10.sup.3.n.k?.cm. Výsledný kremíkový plátek (10) má tvar válcový, kulovitý, parabolický ci paraboloidní, hyperbolický ci hyperboloidní, eliptický ci elipsoidní nebo kuzelovitý.
Description
Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku (57) Anotace:
Monokrystalický výchozí křemíkový plátek (l)je předem dopovaný alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen a antimon, v množství od 0 do 2,0.102'atomů v jednom cmVnateriálu výchozího monokrystálického křemíkového plátku (1). Výchozí křemíkový plátek (1) je rovinný a vykazuj erovinnost pod 10 μτη. Výchozí křemíkový plátek (1) má tloušťku pod 0,8 mm; krystalografickou orientaci <100>nebo <111>; střední hodnotu mikrodrsnosti R,povrchu menší nežRa=0,6 nm nafunkční odtazové ploše. Výsledný křemíkový plátek (10) má přesný optický tvar funkčního odrazového povrchu s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 μτη a vysokou optickou kvalitu se střední hodnotou mikrodrsnosti Rjxrd 1,0 nm, s výhodou pod 0,4 nm. Výchozí křemíkový plátek (1) má s výhodou m ěrný elektrický odpor 5.10‘3až 185.103k?.cm. Výsledný křemíkový plátek (10) má tvar válcový, kulovitý, parabolický či paraboloid™, hyperbolický či hyperboloid™, eliptický či elipsoidní nebo kuželovitý.
Tepelne tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku
Oblast techniky
Vynález se týká tepelně tvarovaných křemíkových plátků pro přesnou rentgenovou optiku, které jsou zhotoveny z monokrystalických křemíkových plátků, jsou přesně vytvarovány do optického tvaru a jejich funkční odrazová plocha vykazuje optickou kvalitu.
Dosavadní stav techniky
Rentgenová optika rozšiřuje možnosti a zlepšuje parametry téměř všech měřících a zobrazovacích metod a přístrojů využívajících rentgenové záření. Rentgenová optika prochází v posledních dvou desetiletích intenzivním rozvojem, který zjevně ještě neskončil. S tím souvisí trvající potřeba výzkumu v oblasti materiálových věd a objevování nových optických soustav. Rentgenová optika nachází aplikace ve vědě a výzkumu a v mnoha dalších oblastech lidské činnosti, jmenovitě v krystalografii, v makromolekulám! biologii, v medicíně, v rentgenografii, ve studiu a konzervaci kulturních památek, v astrofyzice, v metodách pro bezpečnostní složky a v průmyslu.
Potenciální aplikace rentgenové optiky ve vědě a výzkumu se týkají především rentgenové difrakce, rentgenové fluorescence a prvkové analýzy, rentgenografie a rentgenové mikroskopie, tomografie, mikrotomografie a nanotomografie, nanofokuzace rentgenového záření, rentgenové spektroskopie, astrofyziky a kosmických rentgenových teleskopů pro studium gama záblesků a ostatních jevů ve vesmíru, které vedou ke vzniku rentgenového záření.
Aplikace křemíkových destiček pro konstrukci optických prvků, zejména kosmických rentgenových teleskopů je uvedena např. v US patentu 7,321,127 B2 (priority FR 16. 2. 2004) majitele European Space Agency, FR. Tento patent popisuje optický odrazový prvek, způsob jeho výroby a použití takovýchto prvků v optickém zařízení. Optický prvek je určen pro rentgenové paprsky nebo gama paprsky nebo vysoce energetické částice, dopadající pod úhlem totálního odrazu. Optický prvek se skládá z více vrstev křemíkových destiček. Každá má případně funkční odrazovou plochu pokrytou kovovou vrstvou nebo rozptylovou mřížkou. Spodní strana křemíkové destičky je opatřena žebry, vymezující prostor mezi dvěma sousedními destičkami a definující vzdálenost mezi dvěma odrážejícími povrchy. Vynález se týká vytvoření optických zařízeni zahrnujících více takových optických prvků, zejména teleskop Wolter I, obsahující dvojici zrcadel s paraboloidním a hyperboloidními povrchy nebo alternativní systém Kirkpatrick-Beaz systém. Způsob výroby optického odrazového prvku spočívá v několika krocích, a to výroby destičky z definovaného materiálu, jako je monokrystalický křemík, hliník, berylium, nikl nebo kombinace těchto materiálů. Dalším krokem je vytvoření žeber mezi destičkami a následným řezáním destiček za účelem vytvoření předem definované konfigurace. Dalším krokem je pokrytí funkčních stran destiček alespoň jednou vrstvou druhého definovaného ochranného materiálu jako je, pokrytých horní vrstvou ze zlata nebo iridia. Pokrytí každé první i druhé strany destiček je zpracováno mechanicky nebo chemicky nebo obojím postupem. Na obr. 5A - 5D jsou znázorněny hlavní kroky vedoucí k sestavení zmíněného optického odrazového prvku. Jednotlivé destičky opatřené žebry, jsou mechanicky vtlačovány do formy a následně k sobě slepeny.
Materiál destiček je tvarován za studená. Takto vytvarovaná destička má trvalé mechanické napětí, což může vést během dlouhodobého užívání k nebezpečí šíření trhlin a poruch v krystalické mřížce, a tím k významnému snížení požadované mechanické pevnosti a zvýšení rizika praskání, tedy i k případné destrukci. Mechanické změny destičky též mohou vést po určité době ke změně požadované geometrie destičky, a tím ke zhoršení úhlového rozlišení optického prvku.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody se odstraní nebo omezí u tepelně tvarovaných křemíkových plátků pro přesnou rentgenovou optiku, kde křemíkové plátky jsou zhotoveny z monokrystalického křemíkového materiálu plátků, podle tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že každý výchozí monokrystalický křemíkový plátek je předem dopovaný alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen a antimon, v množství od 0 do 2,0.1021 atomů v jednom cm3 materiálu výchozího monokrystalického křemíkového plátku. Každý výchozí monokrystalický křemíkový plátek je rovinný a vykazuje rovinnost pod 10 pm; má tloušťku pod 0,8 mm; má krystalografickou orientaci <100> nebo <111>; má střední hodnotu mikrodrsnoti povrchu menší než Ra = 0,6 nm, s výhodou pod 0,4 nm na funkční odrazové ploše. Výsledný křemíkový plátek má přesný optický tvar funkčního odrazového povrchu s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm; a s vysokou optickou kvalitu se střední hodnotou mikrodrsnoti pod 1,0 nm.
Hlavní výhodou tohoto vynálezu je, že se získá výsledný křemíkový plátek, který má má přesný optický tvar funkčního odrazového povrchu s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm; a má vysokou optickou kvalitu, která vykazuje střední hodnotu mikrodrsnoti pod 1,0 nm. Výsledný křemíkový plátek se může využít jako čočka nebo zrcadlo pro odraz nebo fokusaci rentgenového záření.
Je výhodné, když se každý výchozí monokrystalický křemíkový plátek připraví z materiálu, který se předem dopuje borem v množství od 0 do 6.1020 atomů v cm3, nebo fosforem v množství od 0 do 1,3.1021 atomů v cm3,nebo arsenem v množství od 0 do 1,8.1021 atomů v cm3, nebo antimonem v množství od 0 do 7,0.1019 atomů v cm3 materiálu výchozího monokrystalického křemíkového plátku. Nárokované dopování materiálu pro β ··· ···· ·· ··· ··· ··· výchozí monokrystalický křemíkový plátek zajistí dostatečnou koncentraci dislokací, pohyblivých za vysokých teplot. Dislokace se pak ve hmotě výchozího monokrystalického křemíkového plátku při teplotách nad 1200°C pohybují mechanizmem viskózního toku. Snadný pohyb diskokací v materiálu je podmínkou dosažení dostatečné plastické deformace nutné pro získání přesného tvaru výsledného křemíkového plátku v požadované optické kvalitě funkční plochy. Pokud by byla koncentrace dopování pod nárokovanou hodnotu tohoto vynálezu, tak by koncentrace dislokací byla příliš nízká, a jejich pohyb ve hmotě během tvarování by byl obtížný. Pokud by byla koncentrace dopování nad nárokovanou hodnotu tohoto vynálezu, potom by krystalická struktura křemíkového plátku mohla být narušena, a mohlo by dojít i k nežádoucí zhoršení mechanických vlastností výsledného křemíkového plátku. To by mohlo vést i ke zhoršení optické kvality funkční plochy výsledného křemíkového plátku.
Nárokovaná rovinnost výchozího křemíkového plátku pod 10 pm je nezbytná pro dosažení optické kvality povrchu funkční odrazové plochy a potřebné přesnosti jejího tvaru.
Tloušťka výchozího křemíkového plátku pod 0,8 mm umožňuje snadnější dosažení plastické deformace při tvarovacích teplotách, což je nezbytné pro optickou kvalitu výsledného křemíkového plátku.
Krystalografická orientace <100> nebo <111> výchozího křemíkového plátku zabezpečuje během tvarování žádoucí průběh pohybu dislokací v potřebném směru ve hmotě křemíkového plátku.
Střední hodnota mikrodrsnoti Ra povrchu menší než 0,6 nm na funkční odrazové ploše výchozích křemíkových plátků musí být dostatečně nízká, aby po tvarování, kdy se mikrodrsnost zvýší, byla zajištěna požadovaná střední hodnota mikrodrsnoti povrchu pod 1,0 nm na funkční odrazové ploše výsledných křemíkových plátků pro zajištění optických vlastností této plochy.
Je výhodné, když výchozí monokrystalický křemíkový plátek má měrný elektrický odpor v rozmezí od 5.10'3 - 185.103 kO.cm, který charakterizuje stupeň a druh dopování křemíkového materiálu.
Výsledný křemíkový plátek může mít tvar válcový, kulovitý, parabolický či paraboloidní, hyperbolický či hyperboloidní, eliptický či elipsoidní nebo kuželovitý, podle požadavku na jeho konkrétní aplikaci v rentgenové optice.
Výsledný křemíkový plátek musí mít přesný optický tvar funkčního odrazového povrchu s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm, a se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra pod 1,0 nm, s výhodou pod 0,4 nm, čímž se zajistí správná funkce tohoto prvku pro přesnou rentgenovou optiku, s vysokými nároky např. pro vesmírné teleskopy s vysokým úhlovým rozlišením.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je podrobně popsán na příkladných provedeních a blíže osvětlen pomocí schematických výkresů, z nichž znázorňuje obr. 1 boční pohled na tvarovací zařízení s rovinným výchozím křemíkovým plátkem, obr. 2 boční pohled na tvarovací zařízení s tvarovaným výsledným křemíkovým plátkem, obr. 3 AFM snímek výchozího rovinného monokrystalického křemíkového plátku, obr. 4 AFM snímek výsledného rovinného monokrystalického křemíkového plátku, obr. 5 axonomerický pohled na tvarovací zařízení s přítlakem kulovou formou seshora, obr. 6 axonomerický pohled na tvarovací zařízení s přítlakem kulovou formou zezdola, obr. 7 boční pohled na tvarovací zařízení s přítlakem kuželovou formou seshora a obr. 8 boční pohled na tvarovací zařízení s přítlakem prstencovité trubkovité formou seshora.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1 (obr. 1,2, 3, 4)
Tepelně tvarované křemíkových plátky podle tohoto vynálezu jsou zhotoveny z monokrystalického křemíkového materiálu plátků 1.
Každý monokrystalický výchozí monokrystalický křemíkový plátek 1 je předem dopovaný alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen a antimon, v množství od 0 do 2,0.1021 atomů v jednom cm3 materiálu výchozího monokrystalického křemíkového plátku 1. Každý monokrystalický výchozí křemíkový plátek 1 je rovinný a vykazuje rovinnost pod 10 pm. Má tloušťku pod 0,8 mm; má krystalografickou orientaci <100> nebo <111>; a má střední hodnotu mikrodrsnoti Ra povrchu menší než Ra = 0,6 nm s výhodou pod 0,4 nm na funkční odrazové ploše. Výchozí křemíkový plátek 1 má měrný elektrický odpor v rozmezí od 5.10’3 - 185.103 kD.cm.
Výsledný křemíkový plátek 10 má přesný optický tvar funkčního odrazového povrchu s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm. Má vysokou optickou kvalitu se střední hodnotou mikrodrsnoti Ra pod 1,0 nm. Výsledný křemíkový plátek 10 může mít tvar válcový, kulovitý, parabolický či paraboloidní, hyperbolický či hyperboloidní, eliptický či elipsoidní nebo kuželovitý.
Výsledný křemíkový plátek 10 se získá z monokrystalických výchozích křemíkových plátků 1 tepelným tvarováním plastickou deformací. Každý výchozí křemíkový plátek 1 se připraví z materiálu, který se předem dopuje alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen, antimon, v množství od 0 do 2,0.1021 atomů v jednom cm3 materiálu monokrystalického výchozího křemíkového plátku 1. Přitom každý výchozí křemíkový plátek 1 je rovinný a vykazuje rovinnost pod 10 pm; má tloušťku pod 0,8 mm; má krystalografickou orientaci <100> nebo <111>; a má střední hodnotu mikrodrsnosti Ra povrchu menší než 0,6 nm na funkční odrazové ploše. Každý takovýto monokrystalický výchozí křemíkový plátek 1 se zahřívá z teploty okolí na konkrétní konstantní tvarovací teplotu v rozmezí 1200 - 1400 °C, s výdrží na konstantní teplotě po dobu 1 minuty až 6 hodin a poté se ochladí. To vše probíhá v ochranné atmosféře s parciální tlakem kyslíku v rozmezí 1.10’8 Pa - 21 kPa nebo v ochranné atmosféře samotného čistého vodíku. Po celou tuto dobu se na výchozí křemíkový plátek 1 působí přítlačnou silou v rozpětí 1- 200 N, až se dosáhne přesného finálního výsledného optického tvaru funkční odrazové plochy výsledného křemíkového plátku 10 s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm a se 10 střední hodnotou mikrodrsnosti Ra povrchu pod 1,0 nm. Takto získaný výsledný křemíkový plátek 10 má vynikající optické vlastnosti, určené zejména pro přesnou rentgenovou optiku.
Monokrystalický výchozí křemíkový plátek 1 je schematicky znázorněn na obr. 1 v bočním pohledu, před počátkem jeho přetvařování. Je uložený na nosiči 2.
Na obr. 2 je schematicky vyobrazen v bočním pohledu výsledný křemíkový plátek 10 na 15 nosiči 2 po provedení tvarovacího procesu podle tohoto vynálezu. Na obr. 2 je šipkou naznačen směr působení přítlačné síly během tvarování, která působí na horní stranu křemíkového plátku 1 a vyvolává jeho plastickou deformaci.
Na obr. 3 je snímek horního povrchu výchozího křemíkového plátku L Snímek byl pořízen mikroskopickým přístrojem AFM (Atomic Force Microscopy). Na obr. 2 jsou znázorněny tři osy. Osa a osa b představují rozměr snímané plochy výchozího křemíkového plátku 1 udaný v pm. Z obr. je parné, že snímaná plocha vzorku byla 1 pm2. Na další ose h je vidětvýška nerovnosti snímaného povrchu v nm, což znázorňuje vizuálně mikrodrsnost daného povrchu, přičemž střední hodnota mikrodrsnosti Ra se urči standardním výpočtem. Osa h 25 má měřítko do 1,2 nm. Z obr. je zřejmé, že nejvyšší hodnoty nerovností povrchu jsou cca
0,5 nm, a nejnižší 0,1 nm. Standardním výpočtem bylo zjištěno, že střední hodnota mikrodrsnosti Ra pro tento vzorek výchozího křemíkového plátku 1 je 0,3 nm.
Na obr. 4 je snímek horního povrchu výsledného křemíkového plátku 10 téhož vzorku po tvarováni. Snímek byl též pořízen přístrojovou mikroskopií AFM (Atomic Force 30 Microscopy). Na obr. 4 jsou obdobně znázorněny tři osy a, b , představují rozměr snímané plochy výsledného křemíkového plátku 1 udaný v pm. Snímaná plocha vzorku byla 1 pm2. Na ose h je vidět horní funkční odrazová plocha výsledného křemíkového plátku 10 po tvarování, kde výška nerovnosti je v nm. Osa h má též měřítko do 1,2 nm. Z obr. 2 je zřejmé, že horní funkční odrazová plocha výsledného křemíkového plátku 10 má nejvyšší 35 hodnoty nerovností povrchu cca 0,9 nm, a nejnižší 0,2 nm. Standardním výpočtem byla určena střední hodnota mikrodrsnosti Ra pro tento vzorek výsledného křemíkového plátku 10 , která je 0,7 nm.
··· ···· ·· ··· ··· ···
Příklad 2 (Obr. 5)
Na obr. 5 je znázorněno schematicky zařízení ke tvarování křemíkového plátku. Zařízení sestává z vodícího rámu 3 se středovým otvorem, jímž prochází přítlačná forma 4, na niž je připevněna keramická tvarovací forma 5. Keramická tvarovací forma 5 kulovitého tvaru dosedá seshora na výchozí křemíkový plátek 1, který je uložen na nosiči 2. Přítlačná forma 4 působí přítlačnou silou, znázorněnou šipkou, na keramickou tvarovací formu 5, která se přenáší na výchozí křemíkový plátek 1.
Tvarování výchozího křemíkového plátku 1 probíhá např. v neznázorněné superkanthalové elektrické peci s ochrannou atmosférou.
Výchozí křemíkový plátek 1 byl předem nadopován borem, a to v množství 1,2.1018 atomů v jednom cm3 křemíkového materiálu. Výchozí křemíkový plátek 1 měl rozměry 100 x 100 mm a tloušťku 0,6 mm. Krystalografická orientace výchozího křemíkového plátku 1 byla <100>. Střední hodnota mikrodrsnosti Ra výchozího křemíkového plátku 1 je 0,3 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku 1 má měrný odpor 102 kQ.cm.
Výchozí křemíkový plátek 1 byl zahříván z teploty okolí po dobu cca 5 hodin na tvarovací teplotu 1350 °C, s výdrží na této teplotě po dobu 3 hodin, v ochranné atmosféře argonu s kyslíkem o parciálním tlaku kyslíku 2 kPa. Při zahřívání, výdrži na konstantní teplotě i při ochlazování se na výchozí křemíkový plátek 1_ působí přítlačnou silou 2 N keramickou tvarovací formou 5 o průměru 15 mm. Doba ochlazování na okolní teplotu činila cca 6 hodin. Tyto hodnoty se stanovují experimentálně a výpočty.
Tímto postupem byl získán neznázorněný výsledný křemíkový plátek 10 s kulovitou funkční odrazovou plochou s maximální odchylkou od požadovaného kulovitého tvaru 10 pm a se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra 0,6 nm. Dosažený průhyb ve středu výsledného křemíkového plátku 10 byl 27 mm.
Získaný výsledný křemíkový plátek 10 je vhodný např. pro rentgenové spektroskopy jakožto fokusační optický prvek. Nebo se může využít jako čočka nebo zrcadlo pro odraz nebo fokusaci rentgenového záření.
Příklad 3 (Obr. 6)
Na obr. 6 je znázorněno schematicky zařízení, sestávající z vodícího rámu 3, jehož horní deskou se středovým otvorem prochází válcová přítlačná forma 4, která dosedá přímo na výchozí křemíkový plátek 1. Výchozí křemíkový plátek 1 je uložen na keramické tvarovací formě 5 kulovitého tvaru, která je připevněna k nosiči 2. Přítlačná forma 4 působí přítlačnou silou, znázorněnou šipkou, na výchozí křemíkový plátek 1.
Výchozí křemíkový plátek 1_ byl předem nadopován fosforem v množství 0,8.1017 atomů v jednom cm3 křemíkového materiálu. Výchozí křemíkový plátek 1 měl rozměry • · • ·
100 x 100 mm a tloušťku 0,6 mm. Krystalografická orientace výchozího křemíkového plátku 1 byla <100>. Střední hodnota mikrodrsnosti Ra výchozího křemíkového plátku 1 je 0,4 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku 1 má měrný odpor 103 kO.cm.
Výchozí křemíkový plátek 1 se zahříval z teploty okolí po dobu cca 4 hodiny na tvarovací teplotu 1250 °C, s výdrží na této teplotě po dobu 5 hodin, v ochranné atmosféře dusíku s kyslíkem s parciálním tlakem kyslíku 10 kPa. Současně se zahříváním, výdrží na konstantní teplotě a při ochlazování se na výchozí křemíkový plátek 1 se působí přítlačnou silou 7 N keramickou tvarovací formou 5 o průměru 20 mm. Doba ochlazování na okolní teplotu činila cca 4 hodiny.
Tímto postupem byl získán neznázorněný výsledný křemíkový plátek 10 s kulovitou funkční odrazovou plochou s maximální odchylkou od požadovaného kulovitého tvaru 15 pm a se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra 0,8 nm. Dosažený průhyb ve středu výsledného křemíkového plátku 10 byl 22 mm.
Takto získaný výsledný křemíkový plátek 10 je vhodný jako zrcadlo pro rentgenové optické přístroje, vhodné např. pro rentgenovou difraktometrii nebo rentgenovou mikroskopii.
Příklad 4 (Obr. 7)
Zařízeni k přetvařování výchozího křemíkového plátku 1 je znázorněno na obr. 7. Zařízení zahrnuje vodicí rám 3, v němž je na spodní desce uložen nosič 2, na němž je položen výchozí křemíkový plátek 1, na nějž seshora dosedá keramická tvarovací forma 5 kuželovitého tvaru, která současně působí přítlačnou silou kolmou na výchozí křemíkový plátek 1, jak je znázorněno šipkou. V tomto příkladném provedení keramická tvarovací forma 5 zastává funkci i přítlačné formy 4.
Výchozí křemíkový plátek 1 byl předem nadopován antimonem v množství 5,0.1017 atomů v jednom cm3 křemíkového materiálu. Výchozí křemíkový plátek měl rozměry 100 x 100 mm a tloušťku 0,5 mm. Krystalografická orientace výchozího křemíkového plátku 1. byla <111>. Střední hodnota mikrodrsnosti Ra výchozího křemíkového plátku 1 je 0,3 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku 1 má měrný odpor 5.104 kQ.cm.
Výchozí křemíkový plátek 1 se zahříval z teploty okolí po dobu cca 5 hodiny na tvarovací teplotu 1330 °C, s výdrží na této teplotě po dobu 4 hodiny, v ochranné atmosféře vodíku o atmosférickém tlaku. Současně se zahříváním, výdrži na konstantní teplotě a při ochlazování se na výchozí křemíkový plátek 1 působí přítlačnou silou 6 N keramickou tvarovací formou 5 zhotovenou z korundu. Doba ochlazování na okolní teplotu činila cca 5 hodin.
Tímto postupem byl získán neznázorněný výsledný křemíkový plátek 10 s kuželovitou funkční odrazovou plochou s maximální odchylkou od požadovaného kuželovitého tvaru pm a se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra 0,9 nm. Ing.Mbrie SMRČKOVÁ
Výsledný křemíkový plátek 10 je vhodný jako fokusační zrcadlo pro rentgenové vesmírné teleskopy nebo rentgenové zobrazovací optické prvky.
Příklad 5 (Obr. 8)
Na obr. 8 je znázorněno zařízení, zahrnující vodicí rám 3, na jehož spodní desce je uložen nosič 2, na který je vložen výchozí křemíkový plátek 1. Na výchozí křemíkový plátek 1 seshora dosedá keramická tvarovací forma 5 válcového tvaru, která současně působí přítlačnou silou kolmou na výchozí křemíkový plátek 1., jak je znázorněno šipkou. Zde rovněž jako v předchozím příkladném provedení keramická tvarovací forma 5 zastává funkci i přítlačné formy 4.
Výchozí křemíkový plátek 1 byl předem nadopován borem v množství 3,0.1018 atomů v jednom cm3 křemíkového materiálu. Výchozí křemíkový plátek 1_ měl rozměry
100 x 100 mm a tloušťku 0,5 mm. Krystalografická orientace výchozího křemíkového plátku 1 byla <100>. Střední hodnota mikrodrsnosti Ra výchozího křemíkového plátku 1 je 0,3 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku 1 měl měrný odpor 50 kO.cm.
Výchozí křemíkový plátek 1. se zahříval z teploty okolí po dobu cca 5 hodin na tvarovací teplotu 1360 °C, s výdrží na této teplotě po dobu 4 hodiny, v ochranné atmosféře argonu s kyslíkem s parciálním tlakem kyslíku 4 kPa. Současně se zahříváním, výdrží na konstantní teplotě a při ochlazování se na výchozí křemíkový plátek 1 se působí přítlačnou silou 5 N keramickou tvarovací formou 5 ve tvaru válce o průměru 50 m. Doba ochlazování na okolní teplotu činila cca 6 hodin.
Tímto postupem byl získán neznázorněný výsledný křemíkový plátek 10 s válcovou funkční odrazovou plochou s maximální odchylkou od požadovaného válcového tvaru 8 pm a se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra 0,4 nm.
Výsledný křemíkový plátek 10 je vhodný jako fokusační zrcadlo pro rentgenové vesmírné teleskopy s vysokým rozlišením a velkou sběrnou plochou.
Vztahové značky výchozí křemíkový plátek nosič vodící rám přítlačná forma keramická tvarovací forma výchozí křemíkový plátek
Ing. Marie S patentový
Velflfkova 10,
Průmyslová využitelnost
Rentgenová optika nachází aplikace ve vědě a výzkumu a v mnoha dalších oblastech lidské činnosti. Jmenovitě v krystalografii, v makromolekulám! biologii, v medicíně, v rentgenografii, ve studiu a konzervaci kulturních památek, v astrofyzice, v metodách pro bezpečnostní složky a v průmyslu.
Potenciální aplikace rentgenové optiky ve vědě a výzkumu se týkají především rentgenové difrakce, fluorescence a prvkové analýzy, rentgenografie a rentgenové mikroskopie, tomografie, mikrotomografie a nanotomografie, nanofokuzace rentgenového záření, rentgenové spektroskopie, astrofyziky a kosmických rentgenových teleskopů pro studium gama záblesků a ostatních jevů ve vesmíru, které vedou ke vzniku rentgenového záření.
Potenciální aplikace rentgenové optiky využívající křemíkové monokrystaly jsou aktuálně očekávané v astrofyzice, která je nyní silně závislá na stále výkonnějších kosmických rentgenových teleskopech. Úhlové rozlišení, váha, tepelné vlastnosti a cena jsou silně ovlivněné vlastnostmi zrcadel použitých v teleskopu. Potenciální aplikace rentgenové optiky využívající křemíkové monokrystaly jsou dále očekávané v oblasti difraktivní rentgenové optiky. Jmenovitě především mikro-fokusace a nano-fokusace rentgenového záření, monochromatické rentgenové zobrazování a rentgenová spektroskopie.
Aplikace rentgenové optiky v průmyslu se týkají především rentgenografie, rentgenové tomografie a NDT metod založených na využití rentgenového záření.
ΡΪΖΟ12.-#• * · · · · · ·
Claims (4)
1 .Tepelně tvarované křemíkové plátky^o přesnou rentgenovou optiku, jsou zhotoveny z monokrystalických křemíkových plátků (1), jsou přesně vytvarovány do optického tvaru a jejich funkční odrazová plocha vykazuje vysokou optickou kvalitu, vyznačující se tím, že každý monokrystalický výchozí křemíkový plátek (1)
a) je předem dopovaný alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen a antimon, v množství od 0 do 2,0.1021 atomů v jednom cm3 materiálu výchozího monokrystalického křemíkového plátku;
b) je rovinný a vykazuje rovinnost pod 10 pm;
a) má tloušťku pod 0,8 mm;
c) má krystalografickou orientaci <100> nebo <111>;
d) má střední hodnotu mikrodrsnoti Ra povrchu menší než Ra = 0,6 nm na funkční odrazové ploše;
přičemž výsledný křemíkový plátek (10) má
c) přesný optický tvar funkčního odrazového povrchu s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm; a
f) vysokou optickou kvalitu se střední hodnotou mikrodrsnoti Ra pod 1,0 nm.
2. Tepelně tvarované křemíkových plátky podle nároku 1,vyznačující se tím, že výchozí křemíkový plátek (1) má vysokou optickou kvalitu funkčního odrazového povrchu se střední hodnotou mikrodrsnoti v rozmezí Ra pod 0,4 nm.
3. Tepelně tvarované křemíkových plátky podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že každý výchozí křemíkový plátek (1) má měrný elektrický odpor v rozmezí od
5.10’3- 185.103 kO.cm.
4. Tepelně tvarované křemíkových plátky podle nároku 1,vyznačující se tím, že výsledný křemíkový plátek (10) má tvar válcový, kulovitý, parabolický či paraboloidní, hyperbolický či hyperboloidní, eliptický či elipsoidní nebo kuželovitý.
Ing. Marie S!
patentový Velflíkova 10 Ji
KOVÁ oce i Praha 6 • ···« · · · ·
1/4
Obr. 2 fV • · · · · · · · · • · · « · ·
214
0.0
Obr. 3
Obr. 4 ι ιι·ΗΊιι iiilÍliWWMtMIlWilMBiMMMiMMIliií''
3/4
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2012-17A CZ304312B6 (cs) | 2012-01-12 | 2012-01-12 | Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2012-17A CZ304312B6 (cs) | 2012-01-12 | 2012-01-12 | Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ201217A3 true CZ201217A3 (cs) | 2013-07-24 |
| CZ304312B6 CZ304312B6 (cs) | 2014-02-26 |
Family
ID=48794249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2012-17A CZ304312B6 (cs) | 2012-01-12 | 2012-01-12 | Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304312B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150010038A1 (en) * | 2013-07-02 | 2015-01-08 | Exergen Corporation | Infrared Contrasting Color Temperature Measurement System |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ36961U1 (cs) | 2022-12-06 | 2023-04-04 | Tichý Vladimír Mgr., Ph.D. | Sestava optického modulu pro optický systém, zejména typu račího oka |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08264400A (ja) * | 1995-03-28 | 1996-10-11 | Mitsubishi Electric Corp | シリコン単結晶ウェハおよびその表面の熱酸化方法 |
| FR2866438B1 (fr) * | 2004-02-16 | 2006-08-11 | Agence Spatiale Europeenne | Element optique reflecteur, son procede de fabrication, et instrument optique mettant en oeuvre de tels elements |
-
2012
- 2012-01-12 CZ CZ2012-17A patent/CZ304312B6/cs unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150010038A1 (en) * | 2013-07-02 | 2015-01-08 | Exergen Corporation | Infrared Contrasting Color Temperature Measurement System |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304312B6 (cs) | 2014-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Voegeli et al. | Multibeam x-ray optical system for high-speed tomography | |
| EP2521136A1 (en) | Mirror device for controlling shape of reflective surface, and method for producing mirror for controlling shape of reflective surface | |
| Probst et al. | Iridium coatings for space based x-ray optics | |
| JP4759750B2 (ja) | 曲率分布結晶レンズの製造方法、偏光制御装置、ｘ線反射率測定装置およびｘ線反射率測定方法 | |
| CZ201217A3 (cs) | Tepelne tvarované kremíkové plátky pro presnou rentgenovou optiku | |
| Beijersbergen et al. | Development of x-ray pore optics: novel high-resolution silicon millipore optics for XEUS and ultralow mass glass micropore optics for imaging and timing | |
| Winter et al. | Indirect glass slumping for future x-ray missions: overview, status and progress | |
| Camattari et al. | Highly reproducible quasi-mosaic crystals as optical components for a Laue lens | |
| Riveros et al. | Fabrication of monocrystalline silicon x-ray mirrors | |
| Kujala et al. | Kirkpatrick–Baez mirrors to focus hard X-rays in two dimensions as fabricated, tested and installed at the Advanced Photon Source | |
| CZ201218A3 (cs) | Zpusob tepelného tvarování kremíkových plátku pro presnou rentgenovou optiku | |
| EP2196998B1 (en) | Curvature distribution crystal lens and x-ray reflectance measuring instrument | |
| Döhring et al. | The challenge of developing thin mirror shells for future X-ray telescopes | |
| CZ23543U1 (cs) | Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku | |
| Hudec et al. | Advanced x-ray optics with Si wafers and slumped glass | |
| JP4710022B2 (ja) | 曲率分布結晶レンズ、曲率分布結晶レンズを有するｘ線装置及び曲率分布結晶レンズの作製方法 | |
| Winter et al. | Light-weight glass mirror systems for future x-ray telescopes | |
| Hudec et al. | Novel technologies for x-ray multi-foil optics | |
| Petit et al. | Drying step optimization to obtain large-size transparent magnesium-aluminate spinel samples | |
| Hudec et al. | Extremely lightweight x-ray optics based on thin substrates | |
| Wang et al. | Al mirrors in vacuum ultraviolet region | |
| Schattenburg et al. | Progress report on air bearing slumping of thin glass mirrors for x-ray telescopes | |
| Hudec et al. | Czech Contribution to Athena | |
| Ferrari et al. | X-ray diffraction efficiency of bent GaAs mosaic crystals for the Laue project | |
| Mika et al. | Lightweight Mirrors for Space X-Ray Telescopes |