CZ304312B6 - Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku - Google Patents
Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304312B6 CZ304312B6 CZ2012-17A CZ201217A CZ304312B6 CZ 304312 B6 CZ304312 B6 CZ 304312B6 CZ 201217 A CZ201217 A CZ 201217A CZ 304312 B6 CZ304312 B6 CZ 304312B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- silicon wafer
- silicon wafers
- crystal silicon
- ray
- starting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku, připravitelné tvarováním z výchozích rovinných monokrystalických křemíkových plátků (1) zahříváním z teploty okolí na tvarovací teplotu v rozmezí 1200 až 1400 .degree.C s výdrží na konstantní teplotě po dobu 1 minuty až 6 hodin a poté ochlazením, přičemž tvarování, zahřívání i ochlazování je prováděno v ochranné atmosféře samotného vodíku nebo v ochranné atmosféře směsi kyslíku s argonem, nebo kyslíku s dusíkem při parciálním tlaku kyslíku v rozmezí 1.10.sup.-8.n. Pa až 21 kPa, a při současném působení přítlačnou silou v rozpětí 1 až 200 N, kde každý monokrystalický výchozí křemíkový plátek (1) a) je předem dopovaný alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen a antimon, v množství do 1,8.10.sup.21.n. atomů v jednom cm.sup.3.n. materiálu výchozího monokrystalického křemíkového plátku; b) vykazuje rovinnost pod 10 .mi.m; c) má tloušťku pod 0,8 mm; d) má krystalografickou orientaci <100> nebo <111>; e) má střední hodnotu mikrodrsnosti R.sub.a .n.povrchu menší než R.sub.a .n.= 0,6 nm na funkční odrazové ploše; přičemž vytvarovaný křemíkový plátek (10) má požadovaný optický tvar s funkčním odrazovým povrchem f) s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 .mi.m; a g) optickou kvalitu se střední hodnotou mikrodrsnosti R.sub.a .n.pod 1,0 nm
Description
Vynález se týká tepelně tvarovaných křemíkových plátků pro přesnou rentgenovou optiku, které jsou zhotoveny z rovinných monokrystal ických křemíkových plátků, které jsou přesně vytvarovány do předem požadovaného geometrického a optického tvaru ajejich funkční odrazový povrch vykazuje optickou kvalitu.
Dosavadní stav techniky
Rentgenová optika rozšiřuje možnosti a zlepšuje parametry téměř všech měřicích a zobrazovacích metod a přístrojů využívajících rentgenové záření. Rentgenová optika prochází v poslední 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 makromolekulámí 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 patentu US 7 321 127 B2 (priority FR 16. 2. 2004) majitele European Space Agency, FT. 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 zařízení zahrnujících více takových optických prvků, zejména teleskop Wolter 1, obsahující dvojici zrcadle s paraboloidními 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 ze zlata nebo iridia. Pokrytí každé první i druhé strany destiček je zpracováno mechanicky nebo chemicky nebo obojím postupem. Na obr. 5A až 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.
- 1 CZ 304312 B6
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 monokrystal ického křemíkového plátku. Každý výchozí monokrystalický křemíkový plátek je rovinný a vykazuje rovinnost pod 10 pm; tloušťku 0,6 mm až 0,8 mm; krystalografickou orientaci <100> nebo <111>; a střední hodnotu mikrodrsnosti povrchu Ra = 0,2 nm až 0,6 nm, s výhodou 0,2 nm až 0,4 nm na funkčním odrazovém povrchu. 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 mikrodrsnosti pod 1,0 nm.
Hlavní výhodou tohoto vynálezu je, že se získá výsledný křemíkový plátek, který má přesný optický tvar funkčního odrazového povrchu s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm; a má vysokou optickou kvalitu, která vykazuje střední hodnotu mikrodrsnosti 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 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 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 dislokací v materiálu je podmínkou dosažení dostatečné plastické deformace nutné pro získání přesného tvaru výsledného křemíkového plátku v požadované optické kvalitě funkčního odrazového povrchu. 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 nežádoucímu zhoršení mechanických vlastností výsledného křemíkového plátku. To by mohlo vést i ke zhoršení optické kvality funkčního odrazového povrchu výsledného křemíkového plátku.
Nárokovaná rovinnost výchozího křemíkového plátku pod 10 pm je nezbytná pro dosažení optické kvality funkčního odrazového povrchu a potřebné přesnosti jejího tvaru.
Tloušťka výchozího křemíkového plátku 0,2 až 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 mikrodrsnosti Ra povrchu 0,2 až 0,6 nm na funkčním odrazovém povrchu výchozích křemíkových plátků musí být dostatečně nízká, aby po tvarování, kdy se mikrodrsnost zvýší, byla zajištěna požadovaná střední hodnota mikrodrsnosti povrchu pod 1,0 nm na funkčním odrazovém povrchu výsledných křemíkových plátků pro zajištění optických vlastností této plochy.
-2CZ 304312 B6
Je výhodné, když výchozí monokrystalický křemíkový plátek má měrný elektrický odpor v rozmezí od 5.10 3 až 185.103 kQ.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 μπι, 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 axonometrický pohled na tvarovací zařízení s přítlakem kulovou formou seshora, obr. 6 axonometrický 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 prstencovitě trubkovité formou seshora.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1 (obr. 1, 2, 3, 4)
Tepelně tvarované křemíkové plátky podle tohoto vynálezu jsou zhotoveny z monokrystalického křemíkového materiálu plátků i.
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 i. 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 střední hodnotu mikrodrsnosti Ra povrchu menší než Ra = 0,6 nm s výhodou pod 0,4 nm na funkčním odrazovém povrchu. Výchozí křemíkový plátek 1 má měrný elektrický odpor v rozmezí od 5.10 3 až 185.103 kQ.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 mikrodrsnosti Ra pod 1,0 nm. Výsledný křemíkový plátek K) může mít tvar válcový, kulovitý, parabolický či paraboloidní, hyperbolický či hyperboloidní, eliptický či elipsoidní nebo kuželovitý.
-3 CZ 304312 B6
Výsledný křemíkový plátek 10 se získá z monokrystalických výchozích křemíkových plátků I tepelným tvarováním plastickou deformací. Každý výchozí křemíkový plátek X se připraví z materiálu, který se předem dopuje alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen, antimon, v množství od 0 do 2,10.1021 atomů v jednom cm3 materiálu monokrystalického výchozího křemíkového plátku i. Přitom každý výchozí křemíkový plátek Ije 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 funkčním odrazovém povrchu. Každý takovýto monokrystalický výchozí křemíkový plátek i se zahřívá z teploty okolí na konkrétní konstantní tvarovací teplotu v rozmezí 1200 až 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 parciálním tlakem kyslíku v rozmezí 1.10 8 Pa až 21 kPa nebo v ochranné atmosféře samotného čistého vodíku. Po celou tuto dobu se na výchozí křemíkový plátek i působí přítlačnou silou v rozpětí 1 až 200 N, až se dosáhne přesného výsledného optického tvaru funkčního odrazového povrchu výsledného křemíkového plátku 10 s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm a se 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 ije 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 JO na 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 i a vyvolává jeho plastickou deformaci.
Na obr. 3 je snímek horního povrchu výchozího křemíkového plátku 1. 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 i udaný v pm. Z obr. je patrné, že snímaná plocha vzorku byla 1 pm2. Na další ose h je vidět výška nerovnosti snímaného po vrchu v nm, což znázorňuje vizuálně mikrodrsnost daného povrchu, přičemž střední hodnota mikrodrsnosti Ra se určí standardním výpočtem. Osa h 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 i je 0,3 nm.
Na obr. 4 je snímek horního povrchu výsledného křemíkového plátku 10 téhož vzorku po tvarování. Snímek byl též pořízen přístrojovou mikroskopií AFM (Atomic Force 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 odrazový povrch výsledného křemíkového plátku J_0 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 odrazový povrch výsledného křemíkového plátku 10 má nejvyšší hodnoty nerovnosti 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 níž je připevněna keramická tvarovací forma 5. Keramická tvarovací forma 5 kulovitého tvaru dosedá seshora na výchozí křemíkový plátek 1, kteiý 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 J_.
-4CZ 304312 B6
Tvarování výchozího křemíkového plátku i probíhá např. v neznázoměné superkanthalové elektrické peci s ochrannou atmosférou.
Výchozí křemíkový plátek I byl předem nadopován borem, a to v množství 1,2.1018 atomů vjednom cm3 křemíkového materiálu. Výchozí křemíkový plátek 1 měl rozměry 100 x 100 mm a tloušťku 0,6 mm. Krystalografická orientace výchozího křemíkového plátku i byla <100>. Střední hodnota mikrodrsnosti Ra výchozího křemíkového plátku i je 0,3 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku I má měrný odpor 102 kQ.cm.
Výchozí křemíkový plátek i 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 i 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 neznázoměný výsledný křemíkový plátek 10 s kulovitým funkčním odrazovým povrchem 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 vodicího rámu 3, jehož horní deskou se středovým otvorem prochází válcová přítlačná forma 4, která dosedá přímo na výchozí křemíkový plátek i. 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 i byl předem nadopován fosforem v množství 0,8.1017 atomů vjednom 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 Xje 0,4 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku X má měrný odpor 103 kQ.cm.
Výchozí křemíkový plátek X 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 X 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 neznázoměný výsledný křemíkový plátek 10 s kulovitým funkčním odrazovým povrchem 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.
-5 CZ 304312 B6
Příklad 4 (Obr. 7)
Zařízení 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 i, jak je znázorněno šipkou. V tomto příkladném provedení keramická tvarovací forma 5 zastává funkci i přítlačné formy 4.
Výchozí křemíkový plátek I byl předem nadopován antimonem v množství 5,0.1017 atomů v jednom cm3 křemíkového materiálu. Výchozí křemíkový plátek I 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 ije 0,3 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku i má měrný odpor 5.104 kQ.cm.
Výchozí křemíkový plátek i 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, výdrží na konstantní teplotě a při ochlazování se na výchozí křemíkový plátek i 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 neznázoměný výsledný křemíkový plátek 10 s kuželovitým funkčním odrazovým povrchem s maximální odchylkou od požadovaného kuželovitého tvaru 11 pm a se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra 0,9 nm.
Výsledný křemíkový plátek 10 je vhodný jako fokusační zrcadlo pro rentgenové vesmírné teleskopy nebo rentgenové zobrazovací optické prvky, i nebo rentgenovou mikroskopii.
Příklad 5 (Obr. 8)
Na obr. 8 je znázorněno zařízení, zahrnující vodicí rám 3, najehož spodní desce je uložen nosič 2, na který je vložen výchozí křemíkový plátek i. Na výchozí křemíkový plátek i seshora dosedá keramická tvarovací forma 5 válcového tvaru, která současně působí přítlačnou silou kolmou na výchozí křemíkový plátek i, jak je znázorněno šipkou. Zde rovněž jako v předchozím příkladném provedení keramická tvarovací forma 5 zastává funkci i přítlačné formy 4.
Výchozí křemíkový plátek j_ byl předem nadopován borem v množství 3,0.1018 atomů v jednom cm3 křemíkového materiálu. Výchozí křemíkový plátek I měl rozměry 100 x 100 mm a tloušťku 0,5 mm. Krystalografická orientace výchozího křemíkového plátku i byla <100>. Střední hodnota mikrodrsnosti Ra výchozího křemíkového plátku Ije 0,3 nm. Materiál výchozího křemíkového plátku i má měrný odpor 50 kQ.cm.
Výchozí křemíkový plátek 1 se zahříval z teploty okolí po dobu cca 5 hodiny 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 i se působí přítlačnou silou 5 N keramickou tvarovací formou 5 ve tvaru válce o průměru 50 m. Doba ochlazování na okolní teplotu činidla cca 6 hodin.
Tímto postupem byl získán neznázoměný výsledný křemíkový plátek 10 s válcovým funkčním odrazovým povrchem s maximální odchylkou od požadovaného válcového tvaru 8 pm a se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra 0,4 nm.
-6CZ 304312 B6
Výsledný křemíkový plátek 10 je vhodný jako fokusační zrcadlo pro rentgenové vesmírné teleskopy s vysokým rozlišením a velkou sběrnou plochou.
Průmyslová využitelnost
Rentgenová optika nachází aplikace ve vědě a výzkumu a v mnoha dalších oblastech lidské činnosti. Jmenovitě v krystalografii, v makromolekulámí 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, kteráje 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.
Claims (4)
1. Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku, připravitelné tvarováním z výchozích rovinných monokrystalických křemíkových plátků (1) zahříváním z teploty okolí na tvarovací teplotu v rozmezí 1200 až 1400 °C s výdrží na konstantní teplotě po dobu 1 minuty až 6 hodin a poté ochlazením, přičemž tvarování, zahřívání i ochlazování je prováděno v ochranné atmosféře samotného vodíku nebo v ochranné atmosféře směsi kyslíku s argonem, nebo kyslíku s dusíkem při parciálním tlaku kyslíku v rozmezí 1.108 Pa až 21 kPa, a při současném působení přítlačnou silou v rozpětí 1 až 200 N, kde každý monokrystalický výchozí křemíkový plátek (1)
a) je předem dopovaný alespoň jedním prvkem ze skupiny, zahrnující bor, fosfor, arsen a antimon, v množství do 1,8.1021 atomů v jednom cm3 materiálu výchozího monokrystalického křemíkového plátku;
b) vykazuje rovinnost pod 10 pm;
c) má tloušťku pod 0,8 mm;
d) má krystalografickou orientaci <100> nebo <111>;
e) má střední hodnotu mikrodrsnosti Ra povrchu menší než Ra = 0,6 nm na funkční odrazové ploše; přičemž vytvarovaný křemíkový plátek (10) má požadovaný optický tvar s funkčním odrazovým povrchem
-7CZ 304312 B6
f) s odchylkou od požadovaného tvaru pod 20 pm; a
g) optickou kvalitu se střední hodnotou mikrodrsnosti Ra pod 1,0 nm.
2. Tepelně tvarované křemíkové plátky podle nároku 1, vyznačující se tím, že výchozí křemíkový plátek (1) má optickou kvalitu funkčního odrazového povrchu se střední hodnotou mikrodrsnosti v rozmezí Ra 0,2 až 0,4 nm.
3. Tepelně tvarované křemíkové plátky podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý výchozí křemíkový plátek (1) má měrný elektrický odpor v rozmezí od 5.103 až 185.103 kQ.cm.
4. Tepelně tvarované křemíkové plátky podle nároku 1, vyznačující se tím, že výsledný vytvarovaný křemíkový plátek (10) má tvar válcový, kulovitý, parabolický či paraboloidní, hyperbolický či hyperboloidní, eliptický ěi elipsoidní nebo kuželovitý.
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 CZ201217A3 (cs) | 2013-07-24 |
| CZ304312B6 true 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 (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10054495B2 (en) * | 2013-07-02 | 2018-08-21 | Exergen Corporation | Infrared contrasting color temperature measurement system |
| DE202023107238U1 (de) | 2022-12-06 | 2024-04-09 | Vladimír Tichý | Anordnung eines optischen Moduls für ein optisches System, insbesondere vom Typ Hummerauge |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5928786A (en) * | 1995-03-28 | 1999-07-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Monocrystalline silicon wafer and method of thermally oxidizing a surface thereof |
| US20050185306A1 (en) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Marcos Bavdaz | Optical reflector element, its method of fabrication, and an optical instrument implementing such elements |
-
2012
- 2012-01-12 CZ CZ2012-17A patent/CZ304312B6/cs unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5928786A (en) * | 1995-03-28 | 1999-07-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Monocrystalline silicon wafer and method of thermally oxidizing a surface thereof |
| US20050185306A1 (en) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Marcos Bavdaz | Optical reflector element, its method of fabrication, and an optical instrument implementing such elements |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Jirí Vanek a kol.: Alternativní zdroje energie, Fakulta elektrotechniky a komunikacních technologií - Vysoké ucení technické v Brne, 2006, str. 61-70 * |
| L.Pina a kol.: In-Situ Monitoring the Thermal Forming of Glass and Si Foils for Space X-Ray Telescopes, World Academy of Science, Engineering and Technology 58, 2011, str. 278-281 * |
| R.Hudec a kol.: Si and Glass - Novel Technologies for Space, Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 166, 2007, str. 258-261 * |
| Skulinova M. a kol. : New Light Weight X-Ray Optics - Alternative Materials, Proceedings of SPIE, volume 7360, 2009 * |
| Yuichiro Ezoe a kol.: Shaped silicon wafers obtained by hot plastic deformation: performance avaluation for future astronomical x-ray telescopes, Applied Optics, vol. 48, issue 19, 2009, str. 3830-3838 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10054495B2 (en) * | 2013-07-02 | 2018-08-21 | Exergen Corporation | Infrared contrasting color temperature measurement system |
| DE202023107238U1 (de) | 2022-12-06 | 2024-04-09 | Vladimír Tichý | Anordnung eines optischen Moduls für ein optisches System, insbesondere vom Typ Hummerauge |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ201217A3 (cs) | 2013-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Said et al. | New developments in fabrication of high-energy-resolution analyzers for inelastic X-ray spectroscopy | |
| 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 | |
| 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 | |
| CZ304312B6 (cs) | Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku | |
| Axe et al. | Composite germanium monochromators for high resolution neutron powder diffraction applications | |
| CZ201218A3 (cs) | Zpusob tepelného tvarování kremíkových plátku pro presnou rentgenovou optiku | |
| CZ23543U1 (cs) | Tepelně tvarované křemíkové plátky pro přesnou rentgenovou optiku | |
| Hudec et al. | Advanced x-ray optics with Si wafers and slumped glass | |
| Winter et al. | Light-weight glass mirror systems for future x-ray telescopes | |
| EP2196998B1 (en) | Curvature distribution crystal lens and x-ray reflectance measuring instrument | |
| Hudec et al. | Novel technologies for x-ray multi-foil optics | |
| US8557149B2 (en) | System and method for implementing enhanced optics fabrication | |
| Hudec et al. | Extremely lightweight x-ray optics based on thin substrates | |
| Chalifoux et al. | Using ion implantation for figure correction in glass and silicon mirror substrates for x-ray telescopes | |
| Morishita et al. | Near-net shaping of single-crystal silicon for optical lens by one-shot pressing at temperature just below silicon melting point and its demonstration of optical properties | |
| Mika et al. | Slumping of Si wafers at high temperature | |
| Hudec et al. | Progress in x-ray optics development with formed glass and Si wafers | |
| Hudec et al. | Czech Contribution to Athena | |
| JP2005263585A (ja) | 曲面状ガラスミラーの製造方法及び曲げ加工装置 | |
| Hudec et al. | Space optics with silicon wafers and slumped glass | |
| Hudec et al. | Novel x-ray optics with Si wafers and formed glass | |
| Schattenburg et al. | Progress report on air bearing slumping of thin glass mirrors for x-ray telescopes | |
| Nakaniwa et al. | Development of x-ray mirror foils using a hot plastic deformation process | |
| Hudec et al. | Novel technologies for space x-ray optics | |
| Mika et al. | Lightweight Mirrors for Space X-Ray Telescopes |