DE10021075A1 - Use of semiconductor single crystal as X-ray component, especially as monochromator and/or reflector of X-ray radiation - Google Patents
Use of semiconductor single crystal as X-ray component, especially as monochromator and/or reflector of X-ray radiationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft generell die Verwendung von Halblei ter-Einkristallen, wie Silizium-Einkristallen, für röntgenop tische Anwendungen, insbesondere als Monochromatoren und/oder zum Umlenken von Röntgenstrahlung mittels Bragg-Reflexion.The invention relates generally to the use of semi-egg ter single crystals, such as silicon single crystals, for X-ray op table applications, in particular as monochromators and / or for redirecting X-rays using Bragg reflection.
In Synchrotron-Strahlungsquellen und anderen, auf Teilchen beschleunigung beruhenden, höchstbrillianten Strahlungsquel len wie Freie-Elektronen-Lasern wird unter anderem Röntgen strahlung erzeugt, die für wissenschaftliche Zwecke oder für die Röntgenlithographie in der Halbleiterprozesstechnik ein gesetzt werden kann. Um die in dem Synchrotron-Strahlungs spektrum enthaltene Röntgenstrahlung nutzbar zu machen, sind röntgenoptische Komponenten vonnöten, mit denen eine ge wünschte Wellenlänge herausgefiltert und in Richtung auf ei nen Meßplatz umgelenkt werden kann. Üblicherweise werden hierfür gekühlte Einkristall-Monochromatoren aus einem oder zwei hintereinander angeordneten Silizium-Einkristallen ver wendet.In synchrotron radiation sources and others, on particles acceleration-based, extremely brilliant radiation source Among other things, X-rays are used for free electron lasers radiation generated for scientific purposes or for X-ray lithography in semiconductor process technology can be set. To those in the synchrotron radiation X-rays contained in the spectrum can be used x-ray optical components are required with which a ge desired wavelength filtered out and towards egg NEN measuring station can be redirected. Usually for this cooled single crystal monochromators from one or two silicon single crystals arranged one behind the other turns.
Diese röntgenoptischen Komponenten werden zumeist in einem relativ kleinen Bereich ihrer Gesamtfläche einer sehr hohen Leistungsdichte von Photonen der Synchrotronstrahlung ausge setzt. Durch die Bestrahlung mit derart hohen Leistungsdich ten und Gesamtleistungen kommt es durch Absorption und ther mische Aufheizung zu einer lokalen Verformung, insbesondere zu einem Aufwölben an der Oberfläche und zur Bildung von oberflächennahen Bereichen mit einer großen und inhomogenen Verspannung. Dies hat zur Folge, daß sich die Eigenschaften der röntgenoptischen Komponenten mit zunehmender Leistungs dichte und Gesamtleistung verschlechtern und ihr Betrieb nur bis zu einer bestimmten Obergrenze möglich ist. These X-ray optical components are usually combined in one relatively small area of their total area a very high Power density from photons of synchrotron radiation puts. By irradiating with such high power and overall performance comes from absorption and ther mix heating to local deformation, in particular to bulge on the surface and to form near-surface areas with a large and inhomogeneous Bracing. This has the consequence that the properties of X-ray optical components with increasing performance density and overall performance deteriorate and their operation only is possible up to a certain upper limit.
Bereits bei den modernen Synchrotron-Strahlungsquellen der dritten Generation (z. B. ESRF, APS, SPring-8) ist dieses Pro blem von großer Bedeutung. Es stellt eine gravierende Grenze für die weitere experimentelle Entwicklung zukünftiger Strah lungsquellen dar, die nur durch innovative technologische Lö sungen überwunden werden kann.Already with the modern synchrotron radiation sources third generation (e.g. ESRF, APS, SPring-8) is this pro of great importance. It sets a serious limit for the further experimental development of future beams sources that can only be achieved through innovative technological solutions solutions can be overcome.
Ein Maß für die Veränderung der Oberfläche einer röntgenopti schen Komponente bei einer bestimmten Strahlungsdichte ist der sogenannte "thermal slope error" (TSE). Dieser ergibt sich aus der Differenz des Winkels des durch Aufwölbung der Oberfläche unter thermischer Belastung entstehenden Kegels zu dem Wert für die ebene Fläche (180°). Der TSE ist im wesent lichen proportional zum Verhältnis α/κ, wobei α der thermi sche Ausdehnungskoeffizient des Materials der röntgenopti schen Komponente und κ die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist. Um die Qualität eines auf eine röntgenoptische Komponen te auftreffenden Strahls nicht wesentlich zu verändern, muß der TSE kleiner sein als (i) die Winkelbreite der Bragg- Reflexe, auf denen die Funktion der Komponente beruht, und (ii) der Öffnungswinkel des Röntgenstrahls. Beide Werte be tragen in der Regel wenige µrad. Um die sehr engen Toleranzen für die Oberflächenebenheit (Mikrorauhigkeiten im Mittel < 1 nm), Kristallverspannung und Strahlbeeinflussung (TSE < 5 µrad) in röntgenoptischen Komponenten einzuhalten, werden diese beim Betrieb gekühlt, z. B. mit Wasser, flüssigen Metal len wie Gallium, oder Stickstoff. Dadurch wird die auftreten de Wärme so schnell und effektiv wie möglich aus dem relativ kleinen Bereich, in dem der Strahl auftrifft, abgeführt. Dies dient dazu, stabile Betriebsbedingungen einzustellen und, im schlimmsten Fall, die Zerstörung der Komponenten zu vermei den.A measure of the change in the surface of an x-ray opti component at a certain radiation density the so-called "thermal slope error" (TSE). This results derive from the difference in the angle of the bulge Cone arising under thermal stress the value for the flat surface (180 °). The TSE is essential Lich proportional to the ratio α / κ, where α is the thermi expansion coefficient of the x-ray optic material component and κ the thermal conductivity of the material is. To the quality of an X-ray optical component te must not significantly change incident beam the TSE must be smaller than (i) the angular width of the Bragg Reflexes on which the function of the component is based, and (ii) the opening angle of the X-ray beam. Both values be usually carry a few µrad. To the very tight tolerances for surface flatness (micro roughness on average <1 nm), crystal strain and beam influence (TSE <5 µrad) in X-ray optical components these cooled during operation, e.g. B. with water, liquid metal len like gallium, or nitrogen. This will cause that to occur de heat as quickly and effectively as possible from the relative small area where the beam hits. This serves to set stable operating conditions and, in worst case scenario to avoid the destruction of the components the.
Wie in der Publikation "Thermal conductivity of silicon, ger manium and silicon-germanium single crystals between 85 K and 300 K" von A. K. Freund, J.-A. Gillet, and L. Zhang, in SPIE Conference on Crystal and Multilayer Optics, Vol. 3448, July 1998, Seiten 362-372, San Diego, Kalifornien beschrieben wurde, können sehr kleine Werte des TSE (~ α/κ) dadurch er reicht werden, indem spezielle Materialeigenschaften wie der Nulldurchgang des thermischen Ausdehnungskoeffizienten α bei einer bestimmten Temperatur ausgenutzt werden. Bei Silizium liegt dieser Nulldurchgang beispielsweise bei etwa 120 K, wie in der Publikation "Linear thermal expansion measurements on silicon from 6 to 340 K" von K. G. Lyon et al., in Journal of Applied Physics, Vol. 48, No. 3, Seiten 865-868, 1977, ge zeigt wurde. Des weiteren können ebenso Materialien verwendet werden, die eine möglichst große Wärmeleitfähigkeit κ besit zen wie beispielsweise Diamant, welcher bei Raumtemperatur eine um den Faktor 15 größere Wärmeleitfähigkeit als Silizium aufweist.As described in the publication "Thermal conductivity of silicon, ger manium and silicon-germanium single crystals between 85 K and 300K "by A.K. Freund, J.-A. Gillet, and L. Zhang, in SPIE Conference on Crystal and Multilayer Optics, Vol. 3448, July 1998, pages 362-372, San Diego, California very small values of the TSE (~ α / κ) be sufficient by special material properties like the Zero crossing of the coefficient of thermal expansion α at a certain temperature can be exploited. With silicon this zero crossing is, for example, about 120 K, like in the publication "Linear thermal expansion measurements on silicon from 6 to 340 K "by K.G. Lyon et al., in Journal of Applied Physics, Vol. 48, No. 3, pages 865-868, 1977, ge was shown. Materials can also be used that have the greatest possible thermal conductivity κ zen such as diamond, which at room temperature a 15 times higher thermal conductivity than silicon having.
Die in den genannten und in anderen Publikationen vorgeschla genen Verfahren und Materialien sind jedoch nicht hinreichend geeignet, die bei neuen Synchrotrons der modernen Generation aufgrund hoher Leistungsdichten und Gesamtleistungen auftre tenden thermischen Probleme zufriedenstellend zu lösen.The proposed in the named and in other publications However, the methods and materials used are not sufficient suitable for new generation synchrotrons due to high power densities and overall performance solving thermal problems satisfactorily.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rönt genoptische Komponente und deren Verwendung anzugeben, durch welche Röntgenstrahlung hoher Leistungsdichte und Gesamtlei stung kristalloptisch geführt werden kann.It is therefore an object of the present invention to have an x-ray to specify the genetic component and its use by what X-rays with high power density and all sorts can be performed crystallopically.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristic features of Pa claim 1 solved.
Die Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, als rönt genoptische Komponente, also als Monochromator und/oder Re flektor von Röntgenstrahlung mittels Bragg-Refelexion, einen Halbleiter-Einkristall aus isotopenangereichertem Halbleiter material zu verwenden und diesen Einkristall auf eine Tempe ratur abzukühlen, die durch die Einhaltung von mindestens zwei von drei Bedingungen bezüglich thermischer Ausdehnung und Wärmeleitfähigkeit festgelegt wird, wodurch ein möglichst kleiner Wert von α/κ erreicht wird und somit die beschriebe nen Folgeerscheinungen der thermischen Belastung auf einem Minimum gehalten werden.The invention thus essentially consists in the use of X-rays Genoptic component, i.e. as a monochromator and / or Re X-ray reflector using Bragg reflection, one Semiconductor single crystal made of isotope enriched semiconductor material to use and this single crystal on a tempe cool down by adhering to at least two out of three thermal expansion conditions and thermal conductivity is determined, making a possible small value of α / κ is reached and thus the described Consequences of the thermal load on one Minimum be kept.
Die ersten beiden Bedingungen beziehen sich auf den thermi schen Expansionskoeffizienten, während die dritte Bedingung die Wärmeleitfähigkeit betrifft.The first two conditions relate to the thermi expansion coefficient, while the third condition relates to thermal conductivity.
Die erste Bedingung, nach der die Temperatur in der Nähe ei ner Nullstelle von α(T) liegen soll, betrifft sowohl den Fall, daß das Halbleitermaterial einen α(T)-Verlauf mit meh reren Nulldurchgängen aufweist, als auch den Fall, daß das Halbleitermaterial lediglich eine einzige Nullstelle von α- (T) bei T = 0 besitzt. Ersteres trifft beispielsweise auf die Halbleitermatarialien Silizium (Si), Germanium (Ge) und Gal liumarsenid (GaAs)zu, während letzteres beispielsweise bei Siliziumkarbid (SiC) auftritt. Die zweite Bedingung trifft beispielsweise auf Silizium zu, welches zwei Nulldurchgänge von α(T) aufweist, wobei unterhalb des unteren Nulldurch gangs bis 0 K ein Temperaturbereich vorhanden ist, in dem α Werte annimmt, die vergleichbar niedrig sind mit den Werten, wie sie in der Nähe der beiden Nulldurchgänge auftreten. Die dritte Bedingung besagt, daß in dem Halbleitermaterial bei der gewählten Temperatur eine durch Isotopenanreicherung be dingte Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit κ auftritt. Diese letztgenannte Bedingung muß kumulativ mit einer der erstge nannten Bedingungen erfüllt sein. Eine bevorzugte Anwendungs art der vorliegenden Erfindung stellt die Abkühlung von iso topenangereichertem Silizium auf eine Temperatur in der Nähe des unteren Nulldurchgangs dar.The first condition, according to which the temperature in the vicinity ner zero of α (T) should affect both the Case that the semiconductor material has an α (T) curve with meh reren zero crossings, as well as the case that Semiconductor material just a single zero of α- (T) at T = 0. For example, the former meets the Semiconductor materials silicon (Si), germanium (Ge) and Gal lium arsenide (GaAs), while the latter, for example Silicon carbide (SiC) occurs. The second condition applies for example towards silicon, which has two zero crossings of α (T), being below the lower zero by gangs up to 0 K there is a temperature range in which α Assumes values that are comparable to the values as they occur near the two zero crossings. The third condition states that in the semiconductor material at the selected temperature is due to isotope enrichment induced increase in thermal conductivity κ occurs. This the latter condition must be cumulative with one of the first named conditions are met. A preferred application Art of the present invention provides the cooling of iso top-enriched silicon to a temperature nearby of the lower zero crossing.
Der vorliegenden Erfindung liegt zunächst die wesentliche Er kenntnis zugrunde, daß isotopenangereicherte oder isotopen reine Kristalle je nach Anreicherungsgrad und Temperatur eine wesentlich größere Wärmeleitfähigkeit als die aus verschiede nen stabilen Isotopen zusammengesetzten Kristalle mit natür lichen Elementen besitzen. Der Grund dafür ist, daß die für die Wärmeleitung verantwortlichen Gitterschwingungen (Phono nen) an Fluktuationen der Atommassen, wie sie in einem Isoto pengemisch auftreten, gestreut werden, wodurch sich die Wär meleitfähigkeit verringert. In Kristallen mit Isotopenanrei cherung wird diese Streuung unterdrückt bzw. fällt im idealen Grenzfall der Isotopenreinheit völlig weg.The present invention is first the essential Er knowledge that isotope-enriched or isotopic pure crystals depending on the degree of enrichment and temperature much greater thermal conductivity than that from various a stable isotope composed of crystals with natural own elements. The reason is that the for grid vibrations responsible for heat conduction (phono fluctuations in the atomic masses, as in an Isoto pen mixture occur, are scattered, whereby the heat conductivity reduced. In crystals with isotope anrei This scatter is suppressed or falls in the ideal Borderline case of isotope purity completely gone.
Eine weitere wesentliche Erkenntnis ist die, daß isotopenan gereichertes Halbleitermaterial bei tiefen Temperaturen Be reiche um Nullstellen oder Nulldurchgänge der funktionalen Abhängigkeit des thermischen Expansionskoeffizienten α von der Temperatur T, also der Funktion α(T) aufweist, in deren Nähe gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit eine starke Zunahme zeigt. In isotopenangereichertem Silizium wurde durch Messun gen herausgefunden, daß in der Nähe der Temperatur beider Nulldurchgänge von α(T) eine starke Zunahme der Wärmeleitfä higkeit κ erfolgt.Another key finding is that isotopenan enriched semiconductor material at low temperatures Be range around zeros or zero crossings of the functional Dependence of the thermal expansion coefficient α on the temperature T, that is, the function α (T), in its At the same time, the thermal conductivity near a strong increase shows. In isotope-enriched silicon, Messun gene found that near the temperature of both Zero crossings of α (T) a sharp increase in thermal conductivity ability κ occurs.
Der Terminus "in der Nähe" bedeutet dabei, daß die Abweichung zu beiden Seiten nur wenige Kelvin, also beispielsweise ±10 K, betragen soll. Unter "isotopenangereichert" ist zu verstehen, daß der Anteil des bei natürlicher Zusammensetzung anteilsgrößten Isotops eines in dem Halbleiter enthaltenen Elements höher sein soll als in dem natürlichen Halbleiterma terial oder daß eines der anderen Isotope einen derart hohen Anteil einnimmt. Bei Silizium sollte daher eines der Isotope einen Anteil von < 92,2% aufweisen.The term "near" means that the deviation only a few Kelvin on both sides, for example ± 10 K. Under "isotope enriched" is too understand that the proportion of natural composition largest isotope of one contained in the semiconductor Elements should be higher than in the natural semiconductor material material or that one of the other isotopes is so high Share. Silicon should therefore be one of the isotopes have a share of <92.2%.
In der einzigen Zeichnungsfigur der vorliegenden Anmeldung sind gemessene Werte für die Wärmeleitfähigkeit einer isoto penangereicherten 28Si-Probe (ausgefüllte Kreise) im Ver gleich mit den Werten für die Wärmeleitfähigkeit einer natür lichen Si-Probe ("+"-Zeichen und offene Kreise) in Abhän gigkeit von der Temperatur dargestellt. Der Anreicherungsgrad des 28Si-Isotops beträgt 99,8588%. Diese Messung zeigt, daß bei dem unteren Nulldurchgang des thermischen Expansions koeffizienten von Silizium, nämlich bei ca. 17,75 K die ther mische Leitfähigkeit κ des isotopenangereicherten Siliziums gegenüber dem natürlichen Silizium einen stark überhöhten Wert aufweist. Im Bereich dieser Temperatur und darunter ist daher mit einer stark verbesserten Wirkungsweise eines aus einem solchen Material gefertigten Röntgenmonochromators zu rechnen. Die dargestellte Messung zeigt auch, daß bei dem oberen Nulldurchgang des thermischen Expansionskoeffizienten, nämlich bei ca. 120 K, die Wärmeleitfähigkeit der isotopenan gereicherten Probe größer ist als die der natürlichen Probe. Auch in einer Umgebung dieser Temperatur kann somit ein deut licher Vorteil erzielt werden.In the single drawing figure of the present application, measured values for the thermal conductivity of an isotope-enriched 28 Si sample (filled circles) are compared with the values for the thermal conductivity of a natural Si sample ("+" sign and open circles) in Dependence on the temperature shown. The degree of enrichment of the 28 Si isotope is 99.8588%. This measurement shows that at the lower zero crossing of the thermal expansion coefficient of silicon, namely at about 17.75 K, the thermal conductivity κ of the isotope-enriched silicon has a greatly exaggerated value compared to natural silicon. In the region of this temperature and below, a greatly improved mode of operation of an X-ray monochromator made from such a material can therefore be expected. The measurement shown also shows that at the upper zero crossing of the thermal expansion coefficient, namely at approximately 120 K, the thermal conductivity of the isotopically enriched sample is greater than that of the natural sample. A clear advantage can thus be achieved even in an environment of this temperature.
In bezug auf Silizium verdeutlichen diese Ergebnisse, daß röntgenoptische Komponenten, die aus isotopenangereichertem Silizium hergestellt werden, aufgrund der erhöhten Wärmeleit fähigkeit dieses Materials bessere Eigenschaften, insbesonde re einen kleineren TSE, besitzen als solche aus natürlichem Silizium, das aus einem Gemisch von drei stabilen Isotopen besteht (relative Häufigkeiten: 28Si: 92,2%, 29Si: 4,7%, 30Si: 3,1%). Auf dieses Beispiel bezogen ist mit "isotopenangerei chert" ein Anreicherungsgrad gemeint, der zumindest größer ist als der Anteil von 28Si in natürlichem Silizium (92,2%).With regard to silicon, these results make it clear that X-ray optical components which are produced from isotope-enriched silicon, because of the increased thermal conductivity of this material, have better properties, in particular a smaller TSE, than those made from natural silicon, which consist of a mixture of three stable isotopes exists (relative frequencies: 28 Si: 92.2%, 29 Si: 4.7%, 30 Si: 3.1%). In this example, "isotope-enriched chert" means an enrichment level that is at least greater than the proportion of 28 Si in natural silicon (92.2%).
Für die praktische Anwendung ist es somit vorteilhaft, wenn die Isotopenanreicherung größer als 99% ist, um dem maximalen Effekt in der Wärmeleitfähigkeit nahezukommen. Dabei kann theoretisch auch das Isotop 29Si oder 30Si in entsprechender Weise, also auf einen Anteil von 92,2% oder darüber, angerei chert werden.It is therefore advantageous for practical use if the isotope enrichment is greater than 99% in order to approach the maximum effect in thermal conductivity. Theoretically, the isotope 29 Si or 30 Si can also be enriched in a corresponding manner, that is to say in a proportion of 92.2% or more.
Die in der Beschreibungseinleitung genannte Publikation von Lyon et al. zeigt, daß der thermische Expansionskoeffizient α unterhalb des unteren Nulldurchgangs nicht mehr sonderlich variiert, also im wesentlichen nahe bei Null liegt. Dies ver deutlicht, daß durch die Erfindung die gestellte Aufgabe auch in einem solchen Bereich, in dem nur die zweite Bedingung er füllt ist, gelöst werden kann. Ein Vorteil des unteren Null durchgangs gegenüber dem oberen Nulldurchgang könnte hin sichtlich der Temperaturstabilität in der negativen Steigung der α(T)-Kurve (s. Lyon et al.) liegen.The publication by in the introduction to the description Lyon et al. shows that the thermal expansion coefficient α no longer particularly below the lower zero crossing varies, that is essentially close to zero. This ver makes clear that the object is also achieved by the invention in such an area where only the second condition he is filled, can be solved. A bottom zero advantage crossing towards the upper zero crossing could go visually the temperature stability in the negative slope the α (T) curve (see Lyon et al.).
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht die an sich im Stand der Technik bekannte Verwendung eines Doppelmonochromators, also zwei hintereinander angeordnete Einkristall-Monochro matoren, vor, die vorzugsweise beide auf dieselbe Temperatur abgekühlt werden.A preferred embodiment sees that in the state use of a double monochromator known in the art, that is, two single-crystal monochro arranged one behind the other mators, before, preferably both at the same temperature be cooled.
Die Erfindung ist am vorteilhaftesten auf einen reinen, iso topenangereicherten Si-Einkristall anwendbar. Dieser Si- Einkristall kann geringe Beimengungen anderer Elemente ent halten, falls sich die Wärmeleitfähigkeit nicht wesentlich verschlechtert. Dies gilt auch für die anderen Halbleiterma terialien, die erfindungsgemäß zum Einsatz kommen können. Beispielsweise kann isotopenangereichertes Germanium verwen det werden, welches wie Silizium zwei Nulldurchgänge der α(T)-Kurve aufweist. Ebensolches gilt für GaAs, bei wel chem der Gallium-Anteil bezüglich eines Isotops angerei chert werden muß.The invention is most advantageously based on a pure, iso top-enriched Si single crystal applicable. This si Single crystals can contain small amounts of other elements hold if the thermal conductivity is not significant worsened. This also applies to the other semiconductors materials that can be used according to the invention. For example, isotope-enriched germanium can be used be detected, which like silicon has two zero crossings α (T) curve. The same applies to GaAs, at wel chem the gallium portion with respect to an isotope must be secured.
Dadurch daß die Erfindung das für Röntgenoptiken am häufig sten verwendete Silizium umfaßt, können in vorteilhafter Wei se bestehende Aufbauten für röntgenoptische Komponenten bei behalten werden. Es ist lediglich erforderlich, kristallogra phisch ausreichend perfekte und chemisch hochreine Einkri stalle aus isotopenangereichertem Silizium herzustellen. Die Verwendung von isotopenangereichertem Silizium ist also für alle Arten von bestehenden und zukünftigen röntgenoptischen Komponenten ein Vorteil. Die Erfindung betrifft generell so wohl "bulk"-Anwendungen, in denen Volumenkristalle, auch mit unterschiedlichem Schnitt und Strukturierung, eingesetzt wer den (typischerweise mit Volumina von wenigen cm3 bis zu eini gen hundert cm3) sowie fokussierende Optiken, bei denen die Kristalle gebogen werden und dazu auf der Rückseite eine Vielzahl dünner Kanäle eingeschnitten sind. Weiterhin ist die Verwendung von isotopenangereichertem Halbleitermaterial beim Einsetzen in röntgenoptischen Komponenten aus Multischichten, die aus verschiedenen Materialien bestehen, von Vorteil. Die Erfindung umfaßt auch Komponenten, in denen isotopenangerei chertes Material als Deckschicht oder Zwischenschicht oder Unterlage oder als epitaxial aufgewachsene Schicht in Verbin dung mit einem größeren Block aus Halbleitermaterial natürli cher Isotopenzusammensetzung oder anderen Materialien verwen det wird.Characterized in that the invention comprises the silicon most frequently used for X-ray optics, existing structures for X-ray optical components can be retained in an advantageous manner. It is only necessary to produce crystallographically sufficiently perfect and chemically high-purity single crystals from isotope-enriched silicon. The use of isotope-enriched silicon is therefore an advantage for all types of existing and future X-ray optical components. The invention generally relates to "bulk" applications in which bulk crystals, also with different cuts and structures, are used (typically with volumes from a few cm 3 to a few hundred cm 3 ) and focusing optics in which the crystals bent and a number of thin channels are cut into the back. Furthermore, the use of isotope-enriched semiconductor material when used in X-ray optical components made of multilayers, which consist of different materials, is advantageous. The invention also encompasses components in which isotope-enriched material is used as a top layer or intermediate layer or underlay or as an epitaxially grown layer in conjunction with a larger block of semiconductor material of natural isotope composition or other materials.
Claims (6)
ein Halbleitermaterial verwendet wird, welches mindestens ein isotopenangereichertes Element aufweist, und
der Einkristall auf eine Temperatur T
in der Nähe einer Nullstelle α(T) = 0 des thermi schen Expansionskoeffizienten α, oder
auf eine Temperatur mit vergleichbar niedrigem α(T) abgekühlt wird und
das isotopenangereicherte Halbleitermaterial bei dieser Temperatur eine durch die Isotopenanreicherung bedingte erhöhte Wärmeleitfähigkeit κ aufweist.1. Use of at least one semiconductor single crystal as an X-ray optical component, in particular as a monochromator and / or reflector of X-rays by means of Bragg reflection, characterized in that
a semiconductor material is used which has at least one isotope-enriched element, and
the single crystal to a temperature T
near a zero α (T) = 0 of the thermal expansion coefficient α, or
is cooled to a temperature with a comparably low α (T) and
the isotope-enriched semiconductor material at this temperature has an increased thermal conductivity κ due to the isotope enrichment.
ein Halbleitermaterial, insbesondere Si, Ge oder GaAs, ver wendet wird, bei welchem α(T) zwei Nulldurchgänge auf weist, und
der Einkristall auf eine Temperatur in der Nähe eines der beiden Nulldurchgänge oder unterhalb des unteren Nulldurch gangs abgekühlt wird.2. Use according to claim 1, characterized in that
a semiconductor material, in particular Si, Ge or GaAs, is used, in which α (T) has two zero crossings, and
the single crystal is cooled to a temperature near one of the two zero crossings or below the lower zero crossing.
das Halbleitermaterial Si ist, und
das Isotop 28Si in einem Anteil < 92,2%, insbesondere < 99% enthalten ist.3. Use according to claim 2, characterized in that
the semiconductor material is Si, and
the isotope 28 Si is contained in a proportion <92.2%, in particular <99%.
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