DE102007033210A1

DE102007033210A1 - Optical unit for monochromator of X-ray analyzer, has selectively reflecting component layer movably arranged for adjusting reflection conditions of component layer in preset wavelength or wavelength band

Info

Publication number: DE102007033210A1
Application number: DE200710033210
Authority: DE
Inventors: Dirk C. Meyer; Jan Müller; Tilmann Leisegang
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: DE102007063682B3; DE102007033210B4

Abstract

The unit (10) has a selectively reflecting component layer (1) and connections (6, 7) arranged at a distance from each other. A current measuring device (3) is attached to the connections for measuring current signals, which are produced by X-ray intensities that are absorbed in the selectively reflecting component layer. The selectively reflecting component layer is movably arranged for adjusting reflection conditions of the component layer in a preset wavelength or a wavelength band. The selectively reflecting component layer is arranged on a substrate (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Detektion von Röntgenstrahlung, das in der adaptiven Röntgenoptik eingesetzt werden kann.The The invention relates to an optical element for detecting X-radiation, which can be used in adaptive X-ray optics.

Optische Elemente zur Detektion von Röntgenstrahlung finden für einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums Anwendung. Da für den harten Röntgenbereich diese Prinzipien eine besondere Bedeutung haben, werden im Weiteren – für eine kompakte Darstellung, aber ohne Beschränkung der Allgemeinheit – Anwendungen in diesem Bereich beschrieben. Röntgenstrahlung wird in medizinischen, technischen und naturwissenschaftlichen Bereichen in großer Breite als Sonde und heute vermehrt als Werkzeug der Mikro- und Nanofabrikation verwendet. Als Quelle kommen neben herkömmlichen Röntgenröhren vor allem Elektronensynchrotrone – beide emittieren ein polychromatisches Röntgenspektrum – zum Einsatz. Für den überwiegenden Teil der Anwendungen ist eine Eingrenzung des Spektralbereiches und dabei zumeist die Einengung auf quasimonochromatisches Röntgenlicht erwünscht. Für spektroskopische Anwendungen, d. h. die qualitative und quantitative Elementbestimmung von Substanzen mit der Röntgen-Fluoreszenz-Analyse – RFA-, ist eine energiedispersive oder wellenlängendispersive Zerlegung der Komponenten der charakteristischen Strahlung der Probenatome erforderlich.optical Find elements for the detection of X-rays for a wide range of the electromagnetic spectrum application. Because for the hard X-ray range these principles have a special meaning are, in the following - for a compact representation, but without limitation of generality - applications described in this area. X-radiation is in medical, technical and scientific fields in large width as a probe and today increasingly as a tool used in micro and nanofabrication. As a source come next especially conventional x-ray tubes Electron synchrotrons - both emit a polychromatic X-ray spectrum - for use. For the most part the applications is a limitation of the spectral range and thereby mostly the constriction on quasi-monochromatic X-ray light he wishes. For spectroscopic applications, i. H. the qualitative and quantitative determination of substances with the X-ray fluorescence analysis - RFA-, is an energy-dispersive or wavelength-dispersive decomposition the components of the characteristic radiation of the sample atoms required.

Bei der energiedispersen Zerlegung werden energieauflösende Detektoren eingesetzt, welche die infolge eines im Detektionsmedium absorbierten Photons freigesetzten und der Zahl nach zu dieser in bestimmtem Verhältnis stehenden elektrischen (Elementar-) Ladungen messen.at The energy-dispersive decomposition become energy-dissolving Detectors are used, which due to a detection medium in the absorbed photons released and in number to this in certain Ratio of standing electrical (elemental) charges measure up.

Bei der wellenlängendispersen Zerlegung werden Röntgenstrahlinterferenzen, die an Kristallen oder Nanometer-Vielfachschichtsystemen auftreten können, genutzt.at wavelength dispersions become x-ray interferences, which can occur on crystals or nanometer multilayer systems, used.

Bei Kristallen ist nach der im Allgemeinen hinreichend genauen sogenannten kinematischen Näherung der Ablenkwinkel 2ω eines auf einen Kristall einfallenden Röntgenstrahls, wobei der Winkel ω gemessen wird in Bezug zur Netzebenenschar von mit Atomen belegten parallelen Kristallebenen, bei Erfüllung der Bedingung für ein Interferenzmaximum mit dem Netzebenenabstand und der Wellenlänge der Röntgenstrahlung in einfacher mathematischer Form, insbesondere nach der Braggschen Gleichung, verknüpft. Charakteristische Parameter der auftretenden Interferenzmaxima (,Reflexe') sind bei Bezugnahme auf eine Skala des Winkels 2ω mit 0° für die Geradeausrichtung die Halbwertsbreite der Reflexprofile sowie die über den zugeordneten Winkelbereich, das heißt bis zum Reflexuntergrund, zusammengefasste integralen Reflexintensitäten. Die Halbwertsbreite bestimmt in spektroskopischen Anwendungen die Energieauflösung, das heißt den unteren Grenzwert z. B. noch zu unterscheidender Energiedifferenzen charakteristischer Röntgenlinien. Aus der integralen Reflexintensität folgt eine Vorgabe für die bei einer geforderten statistischen Absicherung der Messergebnisse geforderte Messzeit. Bei Verwendung von Vielfachschichten wie auch beim Einsatz von Kristallen können diese Parameter durch geeignete Maßnahmen, durch eine Schicht- bzw. Kristallqualität sowie mittels optischer Elemente wie Blenden, Kollimatoren etc. optimiert werden.at Crystals are after the generally sufficiently precise so-called kinematic approximation of the deflection angle 2ω a incident on a crystal X-ray beam, wherein the Angle ω is measured with respect to the lattice plane of Atoms showed parallel crystal planes, at fulfillment the condition for an interference maximum with the lattice plane distance and the wavelength of X-rays in a simple mathematical form, in particular according to the Bragg equation, connected. Characteristic parameters of occurring Interference maxima ('reflexes') are when referring to a scale of the angle 2ω with 0 ° for the straight-ahead direction the half width of the reflex profiles as well as over the assigned angular range, that is to the reflex background, summarized integral reflex intensities. The half width determines the energy resolution in spectroscopic applications, that is the lower limit z. B. still to be distinguished Energy differences of characteristic X-ray lines. Out the integral reflex intensity follows a specification for with a required statistical protection of the measurement results required measuring time. When using multiple layers as well when using crystals, these parameters can be determined by appropriate Measures, by a layer or crystal quality and by means of optical elements such as apertures, collimators, etc. be optimized.

Im Falle der Verwendung von Nanometer-Vielfachschichten für Röntgenstrahlung ist wegen der überwiegenden Nutzung bei streifendem Einfall, d. h. im Bereich kurz oberhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion, zusätzlich die Ablenkung durch Brechung bei Durchgang durch die einzelnen Grenzflächen in der Braggschen Gleichung zu berücksichtigen.in the Case of using nanometer multilayers for X-radiation is because of its predominant use in grazing incidence, d. H. in the area just above the critical angle the total reflection, in addition the distraction by refraction passing through the individual interfaces in the Braggschen To consider equation.

In beiden Fällen – erstens der Beugung an Netzebenen von Kristallen und zweitens der konstruktiven Interferenz von an den Grenzflächen eines Nanometer-Vielfachschichtsystems reflektierten Teilstrahlen – kann von Bragg-Maxima der Beugung verschiedener Ordnungen gesprochen werden.In both cases - first, the diffraction at network levels of crystals and secondly the constructive interference of an the interfaces of a nanometer multilayer system reflected partial beams - can of Bragg maxima of Diffraction of different orders are spoken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, optisches Element zur Detektion von Röntgenstrahlung anzugeben, das derart geeignet ausgebildet ist, dass eine Einstellung der Bragg-Bedingung oder einer anderen zugeordneten Position ohne Bezugnahme auf einen externen Strahlungsdetektor erfolgen kann.Of the Invention is based on the object, optical element for detection indicate X-ray radiation, which formed so suitable is that one setting of the Bragg condition or another assigned position without reference to an external radiation detector can be done.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße optische Element zur Detektion von Röntgenstrahlung besteht zumindest aus einer selektiv reflektierenden Komponentenschicht und weist voneinander beabstandete Anschlüsse auf, an denen zumindest eine Strommesseinrichtung zur Messung eines von der in der selektiv reflektierenden Komponentenschicht absorbierten Röntgenstrahlintensität erzeugten Stromsignals angeschlossen ist und wobei die selektiv reflektierende Komponentenschicht zur Einstellung der Reflexionsbedingung der Komponentenschicht für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband relativ bewegbar angeordnet ist.The The object is solved by the features of claim 1. The optical element according to the invention for detection X-ray radiation consists of at least one selective reflective component layer and spaced from each other Connections on which at least one current measuring device for measuring one of the in the selectively reflecting component layer absorbed absorbed X-ray intensity Current signal is connected and wherein the selectively reflective Component layer for adjusting the reflection condition of the component layer for a particular wavelength or wavelength band is arranged relatively movable.

Dabei kann die selektiv reflektierende Komponentenschicht auf einem Substrat aufgebracht sein und mit dem Substrat in enger Kontaktverbindung stehen.there may be the selectively reflective component layer on a substrate be applied and in close contact with the substrate stand.

Das Substrat kann zumindest eine elektrisch leitende Kontaktschicht, auf der die selektiv reflektierende Komponentenschicht aufgebracht ist, zumindest eine sich daran anschließende Festkörperschicht und abschließend eine elektrisch leitende ohmsche Rückkontaktschicht aufweisen.The substrate may include at least one electrically conductive contact layer on which selectively reflect has applied component layer, at least one adjoining solid state layer and finally have an electrically conductive ohmic back contact layer.

An vorgegebenen Schichten der selektiv reflektierenden Komponentenschicht und/oder vorgegebenen Schichten des Substrats kann zumindest eine Strommesseinrichtung zur Messung eines von der in der selektiv reflektierenden Komponentenschicht und/oder dem Substrat absorbierten Röntgenstrahlintensität erzeugten Stromsignals angeschlossen sein, wobei das Substrat mit der darauf befindlichen selektiv reflektierenden Komponentenschicht winkelabhängig zur einfallenden Röntgenstrahlung relativ bewegbar angeordnet ist.At predetermined layers of the selectively reflecting component layer and / or predetermined layers of the substrate may be at least one Current measuring device for measuring one of the selectively reflecting in the Component layer and / or the substrate absorbed X-ray intensity be generated current signal, wherein the substrate with the selectively reflecting component layer located thereon angle-dependent to the incident X-ray radiation is arranged relatively movable.

Die einfallende Röntgenstrahlung kann unter einem von der Position einer zugehörigen Röntgenröhre und/oder der Drehposition des optischen Elements vorgegebenen Einstrahlwinkel ω auf die selektiv reflektierende Komponenten schicht auftreffen, von der nach entsprechender Wechselwirkung mit der selektiv reflektierenden Komponentenschicht und/oder dem Substrat ein erster Teil als reflektierte Röntgenstrahlung und ein zweiter Teil als transmittierte Röntgenstrahlung auftreten, wobei ein dritter Teil der einfallenden Röntgenstrahlung absorbiert wird und die absorbierte Röntgenstrahlintensität infolge einer sich ausbildenden Ladungsträgerbewegung zumindest durch die angeschlossene Strommesseinrichtung elektrisch registrierbar ist.The incident X-rays may be below one of the position an associated x-ray tube and / or the angle of incidence ω predetermined by the rotational position of the optical element the selectively reflecting component layer impinge, from the after appropriate interaction with the selectively reflective Component layer and / or the substrate a first part as a reflected X-radiation and a second part as transmitted X-radiation occur, with a third part of the incident X-ray is absorbed and the absorbed X-ray intensity due to a developing charge carrier movement at least electrically registerable by the connected current measuring device is.

Das optische Element kann mit einer Einrichtung zur Einstellung einer Position einer Reflexionsbedingung der Komponentenschicht für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband in Verbindung stehen, der die selektiv reflektierende Komponentenschicht oder das Substrat mit der darauf befindlichen selektiv reflektierenden Komponentenschicht zugeordnet ist und mit der die winkelabhängige Reflexionsbedingungs-Position der Komponentenschicht zur einfallenden Röntgenstrahlung für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband einstellbar ist.The optical element can be equipped with a device for adjusting a Position of a reflection condition of the component layer for a particular wavelength or a wavelength band related to the selectively reflecting component layer or the substrate with the selectively reflecting thereon Component layer is assigned and with the angle-dependent Reflection condition position of the component layer to the incident X-radiation for a specific wavelength or a wavelength band is adjustable.

Es kann eine Auflage vorgesehen sein, auf der die selektiv reflektierende Komponentenschicht und/oder das Substrat arretierbar ist und mit der die Einstellung der Reflexionsbedingung der selektiv reflektierenden Komponentenschicht aufgrund des mit der Strommesseinrichtung gemessenen elektrischen Signals durch eine gesteuerte Drehung oder Kippung um waagerechte und/oder horizontale Achsen der Auflage mittels einer vorgesehenen Vorrichtung zur Änderung des Einstrahlwinkels ω vorgenommen werden kann.It a support may be provided on which the selectively reflective Component layer and / or the substrate is locked and with the setting of the reflection condition of selectively reflecting Component layer due to the measured with the current measuring device electrical signal by a controlled rotation or tilting horizontal and / or horizontal axes of the support by means of a provided device for changing the angle of incidence ω are made can.

Der dem optischen Element zugeordneten Strommesseinrichtung kann wahlweise ein erster Verstärker nachgeschaltet sein, der mit einem filternden Lock-In-Verstärker in Verbindung steht, dem eine Steuervorrichtung für eine die Auflage aufweisende Vorrichtung zur Änderung des Einstrahlwinkels ω nachgeordnet ist, wobei die einfallende Röntgenstrahlung in der Kombination aus selektiv reflektierender Komponentenschicht und dem Substrat einen mit der Strommesseinrichtung gemessenen Photostrom anregt, welcher in dem ersten Verstärker verstärkt, in dem Lock-In-Verstärker gefiltert und wiederum zu einem Verstärkersignal verstärkt mit einem Referenz-Wechselstrom-Signal in Phase gebracht, in einem Signaladdierer zusammengefasst und in die Steuervorrichtung für die Vorrichtung zur Änderung des Einstrahlwinkels ω zur Drehung und Kippung der Auflage eingebracht wird.Of the The current measuring device associated with the optical element can optionally a first amplifier to be connected downstream, with a filtering lock-in amplifier, the a control device for a support having the device downstream of the change in the angle of incidence ω is, with the incident X-rays in the combination of selectively reflecting component layer and the substrate excites a photocurrent measured by the current measuring device, which amplifies in the first amplifier, in the lock-in amplifier filtered and turn to an amplifier signal amplified with a reference AC signal in phase brought together in a signal adder and in the control device for the device for changing the angle of incidence ω to Rotation and tilting of the support is introduced.

Die mit dem optischen Element in Verbindung stehende Vorrichtung zur Änderung des der selektiv reflektierenden Komponentenschicht zugeordneten Einstrahlwinkels ω kann einen von Piezo-Elementen gesteuerten Piezo-Kipptisch zur Drehung oder Kippung um waagerechte und/oder horizontale Achsen der Auflage besitzen.The device for changing the optical element of the selectively reflecting component layer associated Beam angle ω can be controlled by piezo elements Piezo tilting table for turning or tilting around horizontal and / or have horizontal axes of the support.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht kann eine Nanometerschicht eines Festkörpers oder ein Nanometer-Vielfachschichtsystem von Festkörpern sein.The selectively reflective component layer can be a nanometer layer a solid or a nanometer multilayer system of solids.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht kann zumindest mit zwei Anschlüssen versehen sein, die voneinander derart in einem vorgegebenen Abstand a angebracht sind, dass bei einfallender Röntgenstrahlung in der angeschlossenen Strommesseinrichtung ein elektrisches Signal anzeigbar ist.The selectively reflecting component layer can be at least two Be provided connections that are in such a way from one another predetermined distance a are attached, that with incident X-rays in the connected current measuring device an electrical signal can be displayed.

Das Nanometer-Vielfachschichtsystem kann aus einer Siliziumschicht in Kontaktverbindung mit einer Wolframschicht bestehen, wobei die Wolframschicht mit der elektrisch leitenden Kontaktschicht des Substrates in Verbindung steht.The Nanometer multilayer system may consist of a silicon layer in Contact compound with a tungsten layer, wherein the tungsten layer with the electrically conductive contact layer of the substrate in connection stands.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht kann eine kristalline Schicht sein oder enthalten.The selectively reflective component layer may be a crystalline Be layer or contain.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht kann mit einer aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht bedeckt sein, deren Schichtdicke vorzugsweise im Nanometerbereich liegt und die einen Anschluss der beiden Anschlüsse zur Strommesseinrichtung aufweist.The selectively reflective component layer can be applied with a be covered electrically conductive layer, the layer thickness preferably in the nanometer range and the one connection of the two connections having the current measuring device.

Die Festkörperschicht des Substrats kann eine Halbleiterschicht, vorzugsweise eine Siliziumschicht sein.The Solid state layer of the substrate may be a semiconductor layer, preferably be a silicon layer.

Die elektrisch leitenden Kontaktschichten können aus Metall, Metalllegierungen und/oder leitfähigen Polymeren bestehen.The electrically conductive contact layers may consist of metal, metal alloys and / or conductive polymers.

Das Substrat kann eine MOS-Struktur aufweisen, wobei zwischen der elektrisch leitenden Kontaktschicht und der Halbleiterschicht eine Oxidschicht eingebracht ist.The Substrate may have a MOS structure, wherein between the electric conductive contact layer and the semiconductor layer, an oxide layer is introduced.

Das Substrat kann aber auch eine Schottky-Kontakt-Struktur aufweisen.The Substrate may also have a Schottky contact structure.

Im Bereich zwischen der Auflage sowie der selektiv reflektierenden Komponentenschicht und/oder dem Substrat kann zur Verminderung thermisch generierter Ladungsträger eine die selektiv reflektierende Komponentenschicht und/oder das Substrat kühlende schichtartige Kühlvorrichtung angeordnet sein.in the Area between the overlay and the selectively reflective Component layer and / or the substrate may be thermal to reduce generated carrier one selectively reflective Component layer and / or the substrate cooling layer-like Cooling device can be arranged.

Die Kühlvorrichtung kann ein Peltierelement sein.The Cooling device may be a Peltier element.

Die Verwendung der optischen Elemente kann in Monochromatoren für die Röntgenanalysegeräte vorgesehen sein.The Use of optical elements can be used in monochromators the X-ray analysis devices are provided.

Mittels des erfindungsgemäßen optischen Elements können zum einen der Kristall oder das Nanometer-Vielfachschichtsystem für die Detektion von Röntgenstrahlung konfektioniert werden. Dies kann unter der Voraussetzung zugeordneter elektronischer Festkörpereigenschaften durch elektrische Kontaktierung und den so möglichen Nachweis der durch Photoionisation in diesen Bereichen gebildeten Ladungsträger ermöglicht werden. Zum anderen, und dies stellt keine Anforderungen an die elektronischen Eigenschaften von Kristall oder Nanometer-Vielfachschichtsystem, können unter diesen Komponentenschichten liegende Substrate, welche die reflektierende Kristallschicht bzw. Nanometer-Vielfachschicht tragen und zugleich die Ableitung eines elektrischen Signals, das den durch diese Komponenten transmittierten Anteil der Röntgenstrahlung widerspiegelt, ermöglichen, genutzt werden.through of the optical element according to the invention can on the one hand, the crystal or the nanometer multilayer system assembled for the detection of X-rays become. This may be assigned under the condition of electronic Solid state properties through electrical contacting and the possible detection of this by photoionization allows charge carriers formed in these areas become. For another, and this does not make any demands on the electronic properties of crystal or nanometer multilayer system, may be substrates underlying these component layers, which is the reflective crystal layer or nanometer multilayer carry and at the same time the derivation of an electrical signal, the the proportion of X-radiation transmitted by these components reflecting, enabling, being used.

Die Grundidee der Erfindung basiert auf dem Umstand, dass die konstruktive Interferenz, das heißt die Anregung eines Reflexes, mit dem Aufbau stehender Wellenfelder im Kristall oder Schichtsystem verbunden ist und somit die im Kristall oder der Nanometer-Vielfachschicht absorbierte wie auch durch diese transmittierte Röntgenstrahlintensität in charakteristischer Weise winkelabhängig moduliert wird und somit über ein zusätzliches aktives Element – etwa einen unter dem Kristall angebrachten Piezo-Kipptisch – aufgrund des abgeleiteten Signals eine Rückkopplung zur Einstellung der Reflexionsbedingung oder charakteristischer Einstellungen möglich ist.The The basic idea of the invention is based on the fact that the constructive Interference, that is the excitation of a reflex, with connected to the structure standing wave fields in the crystal or layer system is and thus the crystal or the nanometer multilayer absorbed as well as by this transmitted X-ray intensity is modulated angle dependent in a characteristic way and thus an additional active element - for example a mounted under the crystal piezo tilting table - due the derived signal provides feedback for adjustment the reflection condition or characteristic settings possible is.

Als Substrate für ein erfindungsgemäßes optisches Element kommen prinzipiell alle Materialien und Kombinationen, die für den Nachweis von Röntgenstrahlung (Röntgenstrahlungs-Detektoren) auf Grundlage von Festkörpern geeignet sind, in Frage.When Substrates for an inventive optical Element come in principle all materials and combinations that for the detection of X-rays (X-ray detectors) based on solids are suitable.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.The Invention is based on embodiments by means of explained in more detail several drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Elements zur Detektion von Röntgenstrahlen in Verbindung zumindest mit einer Strommesseinrichtung, 1 3 a schematic representation of an optical element according to the invention for detecting X-rays in conjunction with at least one current measuring device,

2 eine schematische Darstellung einer dynamischen Regelung mit einer an das optische Element angeschlossenen Strommesseinrichtung und einer Einrichtung zur Einstellung von Reflexionsbedingungen, 2 a schematic representation of a dynamic control with a current measuring device connected to the optical element and a device for setting reflection conditions,

3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Elements, wobei 3 a schematic representation of an optical element according to the invention, wherein

3a das optische Element mit einer Doppelschicht einer z. B. 40-fach (n) Nanometer-Vielfachschicht auf einem ebenen Substrat und 3a the optical element with a double layer of a z. B. 40x (n) nanometer multilayer on a planar substrate and

3b das optische Element in einer figürlichen Kombination mit einer an der Doppelschicht nach 3a angeschlossenen Strommesseinrichtung oder mit einer an einem als Dreifachschicht ausgebildeten optischen Element angeschlossenen Strommesseinrichtung zeigen, 3b the optical element in a figurative combination with one on the double layer 3a connected current measuring device or connected to a connected to a trained as a triple layer optical element current measuring device,

4 eine Simulation der Reflexion einer z. B. 40-fach Nanometer-Vielfachschicht nach 3 auf einem ebenen Substrat in Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel ω (Cu-Kα-Strahlung), 4 a simulation of the reflection of a z. B. 40-fold nanometer multilayer after 3 on a planar substrate as a function of the angle of incidence ω (Cu-Kα radiation),

5 eine Simulation der Transmission durch eine z. B. 40-fach Nanometer-Vielfachschicht nach 3 auf einem ebenen Substrat in Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel ω (Cu-Kα-Strahlung), 5 a simulation of the transmission through a z. B. 40-fold nanometer multilayer after 3 on a planar substrate as a function of the angle of incidence ω (Cu-Kα radiation),

6 eine schematische Darstellung eines als Substrat verwendeten Schottky-Kontaktes mit angeschlossenem Amperemeter als Strommesseinrichtung, 6 a schematic representation of a Schottky contact used as a substrate with connected ammeter as a current measuring device,

7 eine gemessene Reflexion (monochromatische Cu-Kα-Strahlung, Röhrenparameter: 40 kV, 30 mA) der erfindungsgemäßen Kombination aus der in 3 dargestellten Nanometer-Vielfachschicht mit dem in 6 dargestellten Schottky-Kontakt als Substrat, aufgetragen über den Einstrahlwinkel ω, 7 a measured reflection (monochromatic Cu-Kα radiation, tube parameters: 40 kV, 30 mA) of the inventive combination of in 3 shown nanometer multilayer with the in 6 shown Schottky contact as substrate, plotted on the angle of incidence ω,

8 ein gemessener Photostrom (gesamtes Röntgenspektrum einer Röntgenröhre mit Cu-Anode, Röhrenparameter: 40 kV, 30 mA) der erfindungsgemäßen Kombination aus der in 3 dargestellten Nanometer-Vielfachschicht mit dem in 6 dargestellten Schottky-Kontakt als Substrat, aufgetragen über dem Einstrahlwinkel ω, 8th a measured photocurrent (total X-ray spectrum of an X-ray tube with Cu anode, tube parameters: 40 kV, 30 mA) of the inventive combination of in 3 shown nanometer multilayer with the in 6 shown Schottky contact as substrate, plotted over the angle of incidence ω,

9 eine schematische Darstellung des Substrats als eine hergestellte MOS-Struktur mit angeschlossenem Amperemeter, 9 a schematic representation of the substrate as a manufactured MOS structure with connected ammeter,

10 eine gemessene Reflexion (monochromatische Cu-Kα-Strahlung, Röhrenparameter: 40 kV, 30 mA) der erfindungsgemäßen Kombination aus der in 3 dargestellten Nanometer-Vielfachschicht mit der in 9 dargestellten MOS-Struktur, aufgetragen über den Einstrahlwinkel ω, 10 a measured reflection (monochromatic Cu-Kα radiation, tube parameters: 40 kV, 30 mA) of the inventive combination of in 3 shown nanometer multilayer with the in 9 represented MOS structure, plotted on the angle of incidence ω,

11 ein gemessener Photostrom (gesamtes Röntgenspektrum einer Röntgenröhre mit Cu-Anode, Röhrenparameter: 40 kV, 30 mA) der erfindungsgemäßen Kombination aus der in 3 dargestellten Nanometer-Vielfachschicht mit dem in 9 dargestellten MOS-Struktur als Substrat, aufgetragen über den Einstrahlwinkel ω. 11 a measured photocurrent (total X-ray spectrum of an X-ray tube with Cu anode, tube parameters: 40 kV, 30 mA) of the inventive combination of in 3 shown nanometer multilayer with the in 9 represented MOS structure as a substrate, applied over the angle of incidence ω.

Im Folgenden werden die 1 und die 3,3a,3b gemeinsam betrachtet. Das erfindungsgemäße optische Element 10 zur Detektion von einfallender Röntgenstrahlung 111 besteht zumindest aus einer selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1; 12, 13: 101, 12, 13 und weist in einem vorgegebenen Abstand a Anschlüsse 61, 71; 611, 71 auf, an denen zumindest eine Strommesseinrichtung 3 zur Messung eines von der in der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1; 12, 13: 101, 12, 13 absorbierten Röntgenstrahlintensität erzeugten Stromsignals angeschlossen ist und wobei die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1; 12, 13; 101, 12, 13 zur Einstellung der Reflexionsbedingung der Komponentenschicht 1; 12, 13; 101, 12, 13 für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband relativ bewegbar angeordnet ist.The following are the 1 and the 3 . 3a . 3b considered together. The optical element according to the invention 10 for the detection of incident X-rays 111 consists of at least one selectively reflecting component layer 1 ; 12 . 13 : 101 . 12 . 13 and has at a predetermined distance a connections 61 . 71 ; 611 . 71 on which at least one current measuring device 3 for measuring one of the in the selectively reflecting component layer 1 ; 12 . 13 : 101 . 12 . 13 absorbed X-ray intensity signal is connected and wherein the selectively reflecting component layer 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 for adjusting the reflection condition of the component layer 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 is arranged relatively movable for a particular wavelength or a wavelength band.

Dabei kann, wie in den 1,3a,3b gezeigt ist, die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1; 12, 13; 101, 12, 13 auf einem Substrat 2; 14, 15, 16; 14, 17, 15, 16 aufgebracht sein und mit dem Substrat 2; 14, 15, 16; 14, 17, 15, 16 in enger Kontaktverbindung stehen.It can, as in the 1 . 3a . 3b is shown, the selectively reflecting component layer 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 on a substrate 2 ; 14 . 15 . 16 ; 14 . 17 . 15 . 16 be applied and with the substrate 2 ; 14 . 15 . 16 ; 14 . 17 . 15 . 16 be in close contact.

Das Substrat 2; 14, 15, 16; 14, 17, 15, 16 kann, wie in 6 und 9 gezeigt ist, zumindest eine elektrisch leitende Kontaktschicht 14 in Form einer Metallschicht, auf der die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1; 12, 13: 101,12, 13 aufgebracht ist, zumindest eine sich daran anschließende Festkörperschicht 15 in Form einer Halbleiterschicht und abschließend eine elektrisch leitende ohmsche Rückkontaktschicht 16 aufweisen.The substrate 2 ; 14 . 15 . 16 ; 14 . 17 . 15 . 16 can, as in 6 and 9 is shown, at least one electrically conductive contact layer 14 in the form of a metal layer on which the selectively reflecting component layer 1 ; 12 . 13 : 101 . 12 . 13 is applied, at least one adjoining solid state layer 15 in the form of a semiconductor layer and finally an electrically conductive ohmic back contact layer 16 exhibit.

An den vorgegebenen Schichten 101, 13; 12, 13 der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1, wie in 3b gezeigt ist, und/oder vorgegebenen Schichten 14, 16 des Substrats 2, wie in 6 und 9 gezeigt ist, sind zwei voneinander beabstandete Anschlüsse 6, 7 vorhanden, an denen zumindest auch eine Strommesseinrichtung 3 zur Messung eines von der in der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1 und/oder dem Substrat 2 absorbierten Röntgenstrahlintensität erzeugten Stromsignals angeschlossen sein kann, wobei das Substrat 2 mit der darauf befindlichen selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1 winkelabhängig zur einfallenden Röntgenstrahlung 111 relativ bewegbar angeordnet ist.At the given layers 101 . 13 ; 12 . 13 the selectively reflecting component layer 1 , as in 3b is shown, and / or predetermined layers 14 . 16 of the substrate 2 , as in 6 and 9 are shown are two spaced apart terminals 6 . 7 present, where at least a current measuring device 3 for measuring one of the in the selectively reflecting component layer 1 and / or the substrate 2 absorbed X-ray intensity can be connected, wherein the substrate 2 with the selectively reflecting component layer thereon 1 angle-dependent to the incident X-ray radiation 111 is arranged relatively movable.

Die einfallende Röntgenstrahlung 111 kann unter einem von der Position einer zugehörigen Röntgenröhre (nicht eingezeichnet) und/oder der Drehposition des optischen Elements 10 vorgegebenen Einstrahlwinkel ω auf die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1 auftreffen, wobei von der einfallenden Röntgenstrahlung 111 nach entsprechender Wechselwirkung mit der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1 und/oder dem Substrat 2 ein erster Teil als reflektierte Röntgenstrahlung 112 und ein zweiter Teil als transmittierte Röntgenstrahlung 113 auftreten, wobei ein dritter Teil der einfallenden Röntgenstrahlung 111 absorbiert wird und die absorbierte Röntgenstrahlintensität infolge einer sich ausbildenden Ladungsträgerbewegung zumindest durch die angeschlossene Strommesseinrichtung 3 elektrisch registrierbar ist.The incident X-rays 111 may be at one of the position of an associated x-ray tube (not shown) and / or the rotational position of the optical element 10 given angle of incidence ω on the selectively reflecting component layer 1 incident, with the incident x-ray radiation 111 after appropriate interaction with the selectively reflecting component layer 1 and / or the substrate 2 a first part as reflected X-radiation 112 and a second part as transmitted X-radiation 113 occur, with a third part of the incident X-ray 111 is absorbed and the absorbed X-ray intensity due to a developing charge carrier movement at least by the connected current measuring device 3 is electrically recordable.

Das optische Element 10 kann, wie in 2 gezeigt ist, mit einer Einrichtung 20 zur Einstellung einer Position einer Reflexionsbedingung der Komponentenschicht 1; 12, 13; 101, 12, 13 für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlän genband in Verbindung stehen, der die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1 oder das Substrat 2 mit der darauf befindlichen selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1 zugeordnet ist und mit der die winkelabhängige Reflexionsbedingungs-Position der Komponentenschicht 1; 12, 13; 101, 12, 13 zur einfallenden Röntgenstrahlung 111 für eine bestimmte Wellenlänge oder ein Wellenlängenband einstellbar ist.The optical element 10 can, as in 2 shown with a device 20 for adjusting a position of a reflection condition of the component layer 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 for a particular wavelength or wavelength band, which is the selectively reflecting component layer 1 or the substrate 2 with the selectively reflecting component layer thereon 1 is assigned and with the angle-dependent reflection condition position of the component layer 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 to incident X-rays 111 is adjustable for a particular wavelength or a wavelength band.

Es kann eine Auflage 4 vorgesehen sein, auf der die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1 und/oder das Substrat 2 arretierbar ist und mit der die Einstellung der Reflexionsbedingung der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1 aufgrund des mit der Strommesseinrichtung 3 gemessenen elektrischen Signals durch eine gesteuerte Drehung oder Kippung um waagerechte und/oder horizontale Achsen der Auflage 4 mittels einer vorgesehenen Vorrichtung 9 zur Änderung des Einstrahlwinkels ω vorgenommen werden kann.It may be an edition 4 be provided on the selectively reflecting component layer 1 and / or the substrate 2 can be locked and with the adjustment of the reflection condition of the selectively reflecting component layer 1 due to the with the current measuring device 3 measured electrical signal by a controlled rotation or tilt about horizontal and / or horizontal axes of the support 4 by means of an anticipated advance direction 9 can be made to change the angle of incidence ω.

Der dem optischen Element 10 zugeordneten Strommesseinrichtung 3 kann wahlweise ein erster Verstärker 21 nachgeschaltet sein, der mit einem filternden Lock-In-Verstärker 22 in Verbindung steht, dem eine Steuervorrichtung 8 für eine die Auflage 4 aufweisende Vorrichtung 9 zur Änderung des Einstrahlwinkels ω nachgeordnet ist, wobei die einfallende Röntgenstrahlung 111 in der Kombination aus selektiv reflektierender Komponentenschicht 1 und dem Substrat 2 einen mit der Strommesseinrichtung 3 gemessenen Photostrom anregt, welcher in dem ersten Verstärker 21 verstärkt, in dem Lock-In-Verstärker 22 gefiltert und wiederum zu einem Verstärkersignal 23 verstärkt mit einem Referenz-Wechselstrom-Signal 24 in Phase gebracht, in einem Signaladdierer 25 zusammengefasst und in die Steuervorrichtung 8 für die Vorrichtung 9 zur Änderung des Einstrahlwinkels ω zur Drehung und Kippung der Auflage 4 eingebracht wird.The optical element 10 associated current measuring device 3 Optionally, a first amplifier 21 be connected downstream with a filtering lock-in amplifier 22 communicating with a control device 8th for one the edition 4 having device 9 is arranged downstream of the change in the angle of incidence ω, wherein the incident X-ray radiation 111 in the combination of selectively reflecting component layer 1 and the substrate 2 one with the current measuring device 3 measured photocurrent, which in the first amplifier 21 amplified, in the lock-in amplifier 22 filtered and turn to an amplifier signal 23 amplified with a reference AC signal 24 phased in a signal adder 25 summarized and in the control device 8th for the device 9 for changing the angle of incidence ω for rotation and tilt of the support 4 is introduced.

Die mit dem optischen Element 10 in Verbindung stehende Vorrichtung 9 zur Änderung des der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1; 12, 13; 101, 12, 13 zugeordneten Einstrahlwinkels ω kann einen von Piezo-Elementen ge steuerten Piezo-Kipptisch zur Drehung oder Kippung um waagerechte und/oder horizontale Achsen der Auflage 4 besitzen.The with the optical element 10 related device 9 for changing the selectively reflecting component layer 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 associated incidence angle ω can be controlled by piezo elements ge piezoelectric tilting table for rotation or tilting about horizontal and / or horizontal axes of the support 4 have.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1 kann als eine Nanometerschicht eines Festkörpers oder als ein Nanometer-Vielfachschichtsystem 12, 13 von Festkörpern ausgebildet sein.The selectively reflective component layer 1 may be as a nanometer layer of a solid or as a nanometer multilayer system 12 . 13 be formed by solids.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1; 12, 13; 101, 12, 13 kann zumindest mit zwei Anschlüssen 61, 71, 611, 71 versehen sein, die voneinander derart in einem vorgegebenen Abstand a angebracht sind, dass bei einfallender Röntgenstrahlung 111 in der angeschlossenen Strommesseinrichtung 3 ein elektrisches Signal anzeigbar ist. Dabei kann der Abstand a für die eingesetzten Komponentenschichten 1; 12, 13; 101, 12, 13 je nach vorhandenen Schichten unterschiedlich groß festgelegt sein.The selectively reflective component layer 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 can at least with two connections 61 . 71 . 611 . 71 be provided, which are mounted from one another at a predetermined distance a, that with incident X-rays 111 in the connected current measuring device 3 an electrical signal can be displayed. In this case, the distance a for the component layers used 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 be determined differently depending on the existing layers.

Das Nanometer-Vielfachschichtsystem 12, 13 kann aus einer Siliziumschicht 12 in Kontaktverbindung mit einer Wolframschicht 13 bestehen, wobei die Wolframschicht 13 mit der elektrisch leitenden Kontaktschicht 14 des Substrates 2 in Verbindung stehen kann.The nanometer multilayer system 12 . 13 can be made of a silicon layer 12 in contact with a tungsten layer 13 exist, wherein the tungsten layer 13 with the electrically conductive contact layer 14 of the substrate 2 can be connected.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1 kann aber auch eine kristalline Schicht sein oder enthalten.The selectively reflective component layer 1 but can also be or contain a crystalline layer.

Die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1 kann zudem mit einer aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht 101 bedeckt sein, deren Schichtdicke vorzugsweise im Nanometerbereich liegt und die mit einem Anschluss 611 der beiden Anschlüsse 611, 71 zur Strommesseinrichtung 3 versehen ist.The selectively reflective component layer 1 can also with an applied electrically conductive layer 101 be covered, the layer thickness is preferably in the nanometer range and with a connection 611 the two connections 611 . 71 to the current measuring device 3 is provided.

Die Festkörperschicht des Substrats 2 kann z. B. eine Halbleiterschicht, vorzugsweise eine Siliziumschicht sein.The solid state layer of the substrate 2 can z. B. a semiconductor layer, preferably a silicon layer.

Die elektrisch leitenden Kontaktschichten 101, 14, 16 können aus Metall, Metalllegierungen und/oder leitfähigen Polymeren bestehen.The electrically conductive contact layers 101 . 14 . 16 may consist of metal, metal alloys and / or conductive polymers.

Das Substrat 2 kann, wie in 9 gezeigt ist, eine MOS-Struktur aufweisen, wobei zwischen der elektrisch leitenden Kontaktschicht 14 als Metallschicht und der Halbleiterschicht 15 eine Oxidschicht 17 eingebracht ist.The substrate 2 can, as in 9 is shown to have a MOS structure, wherein between the electrically conductive contact layer 14 as the metal layer and the semiconductor layer 15 an oxide layer 17 is introduced.

Das Substrat 2 kann aber auch, wie in 6 gezeigt ist, eine Schottky-Kontakt-Struktur aufweisen.The substrate 2 but also, as in 6 is shown to have a Schottky contact structure.

Im Bereich zwischen der Auflage 4 sowie der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1 und/oder dem Substrat 2 kann zur Verminderung thermisch generierter Ladungsträger eine die selektiv reflektierende Komponentenschicht 1 und/oder das Substrat 2 kühlende schichtartige Kühlvorrichtung 5 angeordnet sein.In the area between the edition 4 and the selectively reflecting component layer 1 and / or the substrate 2 For example, to reduce thermally generated charge carriers, a selectively reflecting component layer may be used 1 and / or the substrate 2 cooling layered cooler 5 be arranged.

Die Kühlvorrichtung 5 kann ein Peltierelement sein.The cooling device 5 may be a Peltier element.

Die Verwendung der optischen Elemente 10 kann in Anordnungen, insbesondere in Monochromatoren für die Röntgenanalysegeräte vorgesehen sein.The use of the optical elements 10 may be provided in arrangements, in particular in monochromators for the X-ray analysis devices.

Im Folgenden wird neben weiteren einzelnen Ausbildungen auch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen optischen Elements 10 anhand weiterer Fig. erläutert.In the following, in addition to further individual embodiments, the mode of operation of the optical element according to the invention will also be described 10 explained with reference to further FIG ..

Zunächst soll die Transmission im Vergleich zur Reflexion am Beispiel des Nanometer-Vielfachschichtsystems 1 dargestellt werden. In der 3 ist der Aufbau eines Nanometer-Vielfachschichtsystems 1, das der Simulation dieser Größen in Abhängigkeit vom Einstrahl- bzw. Reflexionswinkel in den 4 und 5 zugrunde liegt, schematisch dargestellt. Ein derartiges Schichtsystem kann nach dem Stand der Technik z. B. mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, vorwiegend mittels Laserablation und Ionenzerstäubung, oder durch nasschemische Synthese reproduzierbar hergestellt werden.First, the transmission compared to the reflection on the example of the nanometer multilayer system 1 being represented. In the 3 is the construction of a nanometer multilayer system 1 , the simulation of these variables depending on the Einstrahl- or reflection angle in the 4 and 5 underlying, shown schematically. Such a layer system may according to the prior art z. B. by physical vapor deposition, mainly by laser ablation and ion sputtering, or produced by wet chemical synthesis reproducible.

Für das erste Ausführungsbeispiel ist ein Nanometer-Vielfachschichtsystem 1 auf einem Substrat 2, das aufgrund eines Metall-Halbleiter-Kontakts (Schottky-Kontakt) Diodeneigenschaften zeigt, vorgesehen.For the first embodiment, a Na pressure gauge multi-layer system 1 on a substrate 2 which provides diode characteristics due to a metal-semiconductor contact (Schottky contact).

Im zweiten Ausführungsbeispiel besteht das Substrat 2 aus einem Metall-Oxid-Halbleiter-Kontakt (MOS-Struktur).In the second embodiment, the substrate 2 from a metal-oxide-semiconductor contact (MOS structure).

In beiden Fällen kann aus den, unter Einbeziehung der rückseitigen Kontakte 16 der Substrate 2, durch vorgegebene elektronische Beschaltung abgeleiteten Signalen (z. B. Strom oder Widerstand) auf die durch das Schichtsystem 1–2 transmittierte – und somit nicht durch konstruktive Interferenz nach vorn reflektierte – Strahlungsintensität geschlossen werden. Es besteht ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, dass auch im Falle polychromatischer Primärstrahlung die Anregung konstruktiver Interferenz für ein schmales Wellenlängenband zu einer messbaren Reduzierung der transmittierten integralen Intensität führt und somit z. B. ein Vielfachschichtsystem 1, das als Monochromator arbeitet, unter Zugrundelegung dieses Signals, auf die Bragg-Bedingung (oder andere charakteristische Situationen im Zusammenhang damit) justiert werden kann.In both cases may be out of the case, involving the back contacts 16 the substrates 2 , derived by predetermined electronic circuitry signals (eg, current or resistance) on the through the layer system 1 - 2 transmitted - and thus not reflected by constructive interference forward - radiation intensity to be closed. There is a particular advantage of the invention in that even in the case of polychromatic primary radiation, the excitation of constructive interference for a narrow wavelength band leads to a measurable reduction of the transmitted integral intensity and thus z. B. a multilayer system 1 acting as a monochromator, based on this signal, to which Bragg condition (or other characteristic situations associated therewith) can be adjusted.

Das als erstes Ausführungsbeispiel in 3 dargestellte Wolfram-Silizium-Nanometer-Vielfachschichtsystem 1 wird auf dem Schottky-Kontakt als Substrat 2 abgeschieden. Für die Realisierung einer Schottky-Diode wird, wie in 6 gezeigt ist, eine Metallschicht 14 vorteilhaft direkt auf einem Silizium-Substrat (Standard-Si-Wafer; n-Dotierung) als Halbleiterschicht 15 aufgebracht. Zur rückseitigen Kontaktierung wird ebenfalls ein Metall verwendet, welches ein Silizid als ohmsche Rückkontaktschicht 16 ausbildet und ein ohmsches Verhalten bei Stromfluss zeigt. Bereits bei Messung mit dem an die Anschlüsse 6 und 7 angeschlossenen Amperemeter 3 kann ohne zusätzliche elektrische Spannung auf infolge Photoabsorption gebildete Ladungsträger im Leitungsband der Schottky-Diode geschlossen werden.The first embodiment in 3 illustrated tungsten-silicon nanometer multilayer system 1 is on the Schottky contact as a substrate 2 deposited. For the realization of a Schottky diode is, as in 6 shown is a metal layer 14 advantageously directly on a silicon substrate (standard Si wafer, n-doping) as a semiconductor layer 15 applied. For back contacting also a metal is used, which is a silicide as an ohmic back contact layer 16 trains and shows an ohmic behavior in current flow. Already when measuring with the s.der connections 6 and 7 connected ammeter 3 can be closed without additional electrical voltage on charge carriers formed in the conduction band of the Schottky diode due to photoabsorption.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schottky-Diode 14–15–16 kann anhand eines einfachen Bändermodells dargestellt werden. Ein einfallendes Röntgenphoton hebt dabei Elektronen aus dem Halbleiter-Valenzband in das Leitungsband oder lässt ein Atom ionisiert zurück. Es werden freie Ladungsträger erhalten, welche abfließen, wenn der Kontakt elektrisch zwischen erhalten, welche abfließen, wenn der Kontakt elektrisch zwischen der Metallschicht 14 und dem Rückkontakt 16 geschlossen ist. Für die Röntgenstrahlung ist die Absorption in der gesamten Dicke der Siliziumscheibe (engl. Si-wafer) 15 relevant. Aufgrund des Einsatzes bei streifendem Einfall und somit langen Strahlwegen stellen Standard-Wafer 15 von 0,5 mm Dicke zumeist bereits „unendlich dicke" Substrate dar.The operation of the Schottky diode according to the invention 14 - 15 - 16 can be represented by a simple band model. An incident X-ray photon lifts electrons from the semiconductor valence band into the conduction band or leaves an atom ionized behind. Free charge carriers are obtained which flow off when the contact is electrically obtained between them, which flow off when the contact is electrically connected between the metal layer 14 and the back contact 16 closed is. For the X-ray radiation, the absorption is in the entire thickness of the silicon wafer (Si-wafer) 15 relevant. Due to the use in grazing incidence and thus long beam paths make standard wafers 15 of 0.5 mm thickness usually already "infinitely thick" substrates.

Die 7 und 8 zeigen die Reflexion und den Photostrom für eine erfindungsgemäße Kombination eines Nanometer-Vielfachschichtsystems 1 nach 3 mit einem Substrat 2 nach 6, die bei Verwendung des Bremsspektrums und charakteristischer Strahlung einer Röntgenröhre (nicht eingezeichnet) mit Cu-Anode erhalten werden. Aus dem Vergleich beider Kurven ist die Widerspiegelung der Reflexsituation der charakteristischen Strahlung (Cu-Kα-Strahlung, 1. Ordnung der Bragg-Reflexion am Vielfachschichtsystem 1) in dem am Substrat 2 abgeleiteten und in der Strommesseinrichtung 3 erhaltenen elektrischen Signal erkennbar. Damit ist die Möglichkeit der Gewinnung eines Kriteriums für die Einstellung der Reflexionsbedingung des erfindungsgemäßen optischen Elementes 10 aus dem Stromsignal nachgewiesen und somit eine Ladungsträgerbewegung detektiert. Wird dieses Signal für die Steuerung einer – die Strommesseinrichtung 3 ergänzenden – Vorrichtung 9 zur Änderung des Einstrahlwinkels ω verwendet, z. B. einem Piezo-Kipptisch wie in 2 dargestellt, wobei das Prinzipbeispiel einer dynamischen Regelung auf das Reflexmaximum, wie in der Druckschrift D. C. Meyer, K. Richter, A. Seidel, J. Weigelt, R. Frahm, P. Paufler: DATS Experiments with Non-Centrosymmetrics Single Crystals, J. Synchrotron Radiation (1998) 5, 1275–1281 , beschrieben ist, kann ein geschlossener Regelkreis mittels der Einrichtung 20 realisiert werden, womit z. B. die Nachführung der Reflexionsbedingung bei Erschütterungen etc. möglich wird.The 7 and 8th show the reflection and the photocurrent for a combination according to the invention of a nanometer multilayer system 1 to 3 with a substrate 2 to 6 obtained using the brake spectrum and characteristic radiation of an X-ray tube (not shown) with Cu anode. From the comparison of both curves is the reflection of the reflection situation of the characteristic radiation (Cu-Kα radiation, 1st order of Bragg reflection on the multilayer system 1 ) in the substrate 2 derived and in the current measuring device 3 obtained electrical signal recognizable. Thus, the possibility of obtaining a criterion for the adjustment of the reflection condition of the optical element according to the invention 10 detected from the current signal and thus detected a charge carrier movement. Will this signal for the control of - the current measuring device 3 supplementary - device 9 used to change the angle of incidence ω, z. B. a piezo tilting table as in 2 represented, wherein the principle example of a dynamic control to the maximum reflectance, as in the publication DC Meyer, K. Richter, A. Seidel, J. Weigelt, R. Frahm, P. Paufler: DATS Experiments with Non-Centrosymmetric Single Crystals, J. Synchrotron Radiation (1998) 5, 1275-1281 , a closed loop can be described by means of the device 20 be realized, which z. B. the tracking of the reflection condition for vibrations, etc. is possible.

Ein als zweites Ausführungsbeispiel dargestelltes W-Si-Nanometer-Vielfachschichtsystem 1 wird auf dem Substrat 2 mit einer in 9 dargestellten MOS-Struktur 14-17-15 abgeschieden. Für die Realisierung der MOS-Struktur wird ebenfalls eine Metallschicht 14 auf dem Silizium-Substrat als Halbleiterschicht 15 mit definierter Oxidoberfläche 17 aufgebracht. Zur rückseitigen Kon taktierung wird wiederum ein Metall verwendet, welches ein Silizid ausbildet und als ohmsche Rückkontaktschicht 16 ein ohmsches Verhalten bei Stromfluss zeigt. Auch für das zweite optische Element 10 kann bereits bei Messung ohne zusätzliche Spannung mit einem angeschlossenen Amperemeter 3 auf infolge Photoabsorption gebildete Ladungsträger geschlossen werden. Hierbei kommt der Oxidschicht 17 eine wesentliche Bedeutung zu. Im Vergleich zum ersten optischen Element 10 ist damit die Substratdicke für die Nachweiseffektivität von untergeordneter Bedeutung. In dem zweiten optischen Element 10 ist ein Standard-Si-Wafer (n-Dotierung) 15 von 0,5 mm Dicke und eine Oxidschicht 17 mit einer Dicke von ca. 5 nm eingesetzt.A W-Si nanometer multilayer system shown as a second embodiment 1 will be on the substrate 2 with an in 9 illustrated MOS structure 14 - 17 - 15 deposited. For the realization of the MOS structure is also a metal layer 14 on the silicon substrate as a semiconductor layer 15 with defined oxide surface 17 applied. For back Kon contact again a metal is used, which forms a silicide and as an ohmic back contact layer 16 shows an ohmic behavior at current flow. Also for the second optical element 10 can already with measurement without additional voltage with a connected ammeter 3 be closed on charge carriers formed as a result of photoabsorption. Here comes the oxide layer 17 an essential meaning too. Compared to the first optical element 10 Thus, the substrate thickness for the detection efficiency of minor importance. In the second optical element 10 is a standard Si wafer (n-doping) 15 of 0.5 mm thickness and an oxide layer 17 used with a thickness of about 5 nm.

Die 10 und 11 zeigen für eine erfindungsgemäße Kombination mit einem Nanometer-Vielfachschichtsystem 1 nach 3 die bei Verwendung charakteristischer Strahlung und des Bremsspektrums einer Röntgenröhre mit Cu-Anode vor der Vielfachschicht 1 gemessene Reflexion (dominiert von der charakteristischen Cu-Ka–Strahlung) und die im darunter liegenden Substrat (MOS-Struktur) 2 gemessene transmittierte Intensität (Strom, gesamtes Spektrum) in Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel ω bezogen auf die Oberfläche der selektiv reflektierenden Komponentenschicht 1. Aus dem Vergleich beider Kurven ist wieder die Widerspiegelung der Reflexsituation der charakteristischen Strahlung (1. Ordnung der Bragg-Reflexion am Vielfachschichtsystem 1) in dem am Substrat 2 abgeleiteten elektrischen Signal erkennbar. Damit ergeben sich die gleichen Möglichkeiten wie im ersten Ausführungsbeispiel.The 10 and 11 show for a combination according to the invention with a nanome ter-multilayer system 1 to 3 when using characteristic radiation and the brake spectrum of an X-ray tube with Cu anode in front of the multilayer 1 measured reflection (dominated by the characteristic Cu-Ka radiation) and the underlying substrate (MOS structure) 2 measured transmitted intensity (current, entire spectrum) as a function of the angle of incidence ω with respect to the surface of the selectively reflecting component layer 1 , From the comparison of both curves is again the reflection of the reflection situation of the characteristic radiation (1st order of Bragg reflection on the multilayer system 1 ) in the substrate 2 derived electrical signal recognizable. This results in the same possibilities as in the first embodiment.

Für die selektiv reflektierende Komponentenschicht 12, 13 oder 101, 12, 13 des optischen Elements 10 können, wie in 3b in zwei Anschlussbeispielen gezeigt ist, eine gleichartige Detektion von einfallender Röntgenstrahlung und Einstellung auf die Reflexionsbedingung wie in den beiden Ausführungsbeispielen beschrieben, durchgeführt werden.For the selectively reflective component layer 12 . 13 or 101 . 12 . 13 of the optical element 10 can, as in 3b is shown in two connection examples, a similar detection of incident X-ray radiation and adjustment to the reflection condition as described in the two embodiments, are performed.

Dem erfindungsgemäßen optischen Element 10 können über die einfachen elektronischen Schaltungen wie in den Ausführungsbeispielen beschrieben hinaus aufwendigere Verstärkerschaltungen zugeordnet sein, wobei auch eine Ar beitsweise bei zusätzlich angelegter äußerer elektrischer Spannung genutzt werden kann. Anstelle der Nanometer-Vielfachschichten 1 können alternativ kristalline Schichten (Bragg-Reflexion an den Netzebenen) mit hinreichender Transmittanz als röntgenoptische Elemente vorgesehen sein.The optical element according to the invention 10 can be assigned beyond the simple electronic circuits as described in the exemplary embodiments also more expensive amplifier circuits, with a Ar beitsweise can be used with additional applied external electrical voltage. Instead of the nanometer multilayers 1 Alternatively, crystalline layers (Bragg reflection at the lattice planes) with sufficient transmittance can be provided as X-ray optical elements.

11: selektiv reflektierende Komponentenschichtselectively reflective component layer
22: Substratsubstratum
33: StrommesseinrichtungCurrent measurement device
44: Auflageedition
55: Kühlvorrichtungcooler
66: elektrischer Anschlusselectrical connection
6161: elektrischer Anschlusselectrical connection
611611: elektrischer Anschlusselectrical connection
77: elektrischer Anschlusselectrical connection
7171: elektrischer Anschlusselectrical connection
88th: Steuervorrichtungcontrol device
99: Vorrichtung zur Änderung des Einstrahlwinkelscontraption for changing the angle of incidence
1010: optisches Elementoptical element
101101: elektrisch leitende Kontaktschichtelectrical conductive contact layer
111111: einfallende Röntgenstrahlungincident X-rays
112112: reflektierte Röntgenstrahlungreflected X-rays
113113: transmittierte Röntgenstrahlungtransmitted X-rays
1212: Siliziumschichtsilicon layer
1313: Wolframschichttungsten layer
1414: metallische Kontaktschichtmetallic contact layer
1515: HalbleiterschichtSemiconductor layer
1616: ohmsche Rückkontaktschichtresistive Back contact layer
1717: Oxidschichtoxide
2020: EinrichtungFacility
2121: erster Verstärkerfirst amplifier
2222: Lock-In-VerstärkerLock-in amplifier
2323: Verstärkersignalamplifier signal
2424: Referenz-Wechselstrom-SignalReference AC signal
2525: Signaladdierersignal adder
ωω: Einstrahlwinkelangle of incidence

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

D. Meyer, K. Richter, A. Seidel, J. Weigelt, R. Frahm, P. Paufler: DATS Experiments with Non-Centrosymmetric Single Crystals, J. Synchrotron Radiation (1998) 5, 1275-1281 [0076]

Claims

Optical element ( 10 ) for the detection of X-radiation ( 111 ), consisting at least of a selectively reflecting component layer ( 1 ; 12 . 13 : 101 . 12 . 13 ) and having spaced apart terminals ( 61 . 71 ; 611 . 71 ; 6 . 7 ), to which at least one current measuring device ( 3 ) for measuring one of the in the selectively reflecting component layer ( 1 ; 12 . 13 : 101 . 12 . 13 ) is coupled to the absorbed X-ray intensity signal and wherein the selectively reflecting component layer ( 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 ) for adjusting the reflection condition of the component layer ( 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 ) is arranged relatively movable for a particular wavelength or a wavelength band.

Optical element according to claim 1, characterized in that the selectively reflecting component layer ( 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 ) on a substrate ( 2 ; 14 . 15 . 16 ; 14 . 17 . 15 . 16 ) and with the substrate ( 2 ; 14 . 15 . 16 ; 14 . 17 . 15 . 16 ) is in close contact connection.

Optical element according to claim 2, characterized in that the substrate ( 2 ; 14 . 15 . 16 ) at least one electrically conductive contact layer ( 14 ) on which the selectively reflecting component layer ( 1 ; 12 . 13 : 101 . 12 . 13 ), at least one subsequent solid state layer ( 15 ) and finally an electrically conductive ohmic back contact layer ( 16 ) having,

Optical element according to Claims 1 to 3, characterized in that predetermined layers ( 101 . 13 ; 12 . 13 ) of the selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or predetermined layers ( 14 . 16 ) of the substrate ( 2 ) at least one current measuring device ( 3 ) for measuring one of the in the selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) absorbed X-ray intensity signal is connected and wherein the substrate ( 2 ) with the selectively reflecting component layer ( 1 ) dependent on the angle to the incident X-ray radiation ( 111 ) is arranged relatively movable.

Optical element according to Claims 1 to 4, characterized in that the incident x-ray radiation ( 111 ) under one of the position of an associated X-ray tube and / or the rotational position of the optical element ( 10 ) predetermined angle of incidence (ω) on the selectively reflecting component layer ( 1 ), after which, after appropriate interaction with the selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) a first part as reflected X-radiation ( 112 ) and a second part as transmitted X-radiation ( 113 ), wherein a third part of the incident X-radiation ( 111 ) and the absorbed X-ray intensity as a result of a forming charge carrier movement at least by a connected current measuring device ( 3 ) is electrically recordable.

Optical element according to Claims 1 to 5, characterized in that it is provided with a device ( 20 ) for adjusting a position of a reflection condition connecting the selectively reflecting component layer (12) 1 ) or the substrate ( 2 ) with the selectively reflecting component layer ( 1 ) and with which the angle-dependent reflection condition position to the incident X-radiation ( 111 ) is adjustable for a particular wavelength or a wavelength band.

Optical element according to Claims 1 to 6, characterized in that at least one support ( 4 ) is provided on which the selectively reflecting component layer ( 1 ) or the substrate ( 2 ) and with which the adjustment of the reflection condition of the selectively reflecting component layer ( 1 ) due to the current measuring device ( 3 ) measured electrical signal by a controlled rotation or tilting about horizontal and / or horizontal axes of the support ( 4 ) by means of an intended device ( 9 ) can be made to change the angle of incidence (ω).

Optical element according to claim 6 and 7, characterized in that its associated current measuring device ( 3 ) optionally a first amplifier ( 21 ) connected to a filtering lock-in amplifier ( 22 ), to which a control device ( 8th ) for one edition ( 4 ) device ( 9 ) is arranged downstream of the change in the angle of incidence (ω), the incident X-ray radiation ( 111 ) in the combination of selectively reflecting component layer ( 1 ) and the substrate ( 2 ) one with the current measuring device ( 3 ), which is in the first amplifier ( 21 ) in the lock-in amplifier ( 22 ) and in turn to an amplifier signal ( 23 ) amplified with a reference AC signal ( 24 ) in a signal adder ( 25 ) and into the control device ( 8th ) for the device ( 9 ) for changing the angle of incidence (ω) for rotation and tilting of the support ( 4 ) is introduced.

Optical element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device ( 9 ) for changing the selectively reflecting component layer ( 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 ) associated with Einstrahlwinkels (ω) one of Pi ezo elements controlled Piezo tilting table for rotation or tilting about horizontal and / or horizontal axes of the support ( 4 ) owns.

Optical element according to Claims 1 to 9, characterized in that the selectively reflecting component layer ( 1 ) a nanometer layer of a solid or a nanometer multilayer system ( 12 . 13 ) of solids.

Optical element according to claim 1 or 10, characterized in that the selectively reflecting component layer ( 1 ; 12 . 13 ; 101 . 12 . 13 ) at least with two connections ( 61 . 71 ) is provided, which are mounted from one another at a predetermined distance (a) such that when incident X-radiation ( 111 ) in the connected current measuring device ( 3 ) An electrical signal can be displayed.

Optical element according to claim 10 or 11, characterized in that the nanometer multilayer system ( 1 ; 12 . 13 ) from a silicon layer ( 12 ) in contact with a tungsten layer ( 13 ), wherein the tungsten layer ( 13 ) with the electrically conductive contact layer ( 14 ) of the substrate ( 2 ).

Optical element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the selectively reflecting component layer ( 1 ) is or contains a crystalline layer.

Optical element according to claim 10 or 13, characterized in that the selectively reflecting component layer ( 1 ) with an applied electrically conductive layer ( 101 ) whose layer thickness is preferably in the nanometer range and which has a connection ( 611 ) of the two connections ( 611 . 71 ) to the current measuring device ( 3 ) having.

Optical element according to claim 3, characterized in that the solid state layer of the substrate ( 2 ) is a semiconductor layer, preferably a silicon layer.

Optical element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive contact layers ( 101 . 14 . 16 ) consist of metal, metal alloys and / or conductive polymers.

Optical element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 2 ) has a MOS structure, wherein between the electrically conductive contact layer ( 14 ) and the semiconductor layer ( 15 ) an oxide layer ( 17 ) is introduced.

Optical element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 2 ) has a Schottky contact structure.

Optical element according to Claims 1 to 18, characterized in that in the region between the support ( 4 ) as well as the selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) for reducing thermally generated charge carriers, a selectively reflecting component layer ( 1 ) and / or the substrate ( 2 ) cooling layered cooling device ( 5 ) is arranged.

Optical element according to claim 19, characterized in that the cooling device ( 5 ) is a Peltier element.

Use of the optical elements ( 10 ) according to at least one of the preceding claims in arrangements, in particular in monochromators for the X-ray analysis apparatus.