掠射軟X射線熒光分析技術研究

掠射X射線分析是近年來迅速發展的一門分析技術，在科學研究以及分析檢測和質量控制等生產領域都有著廣泛的應用。X射線分析技術具有試樣無損分析、制樣經濟方便、操作簡單、分析結果重現性好及精度高等優點，使得這項技術在薄膜特性分析、半導體材料及磁鐵材料表面檢測方面受到特別的青睞。本文在綜述了國內外掠射X射線熒光分析技術的研發和應用的基礎上，對掠出射X射線熒光技術在薄膜特性分析上的理論、裝置和實驗三方面進行了研究。 在理論研究方面，首先討論了軟X射線熒光產生的原子物理相關理論；其次根據洛倫茲互換定理，得出了掠出射和掠入射兩種熒光分析理論具有互換性的結論。介紹了掠射X射線與薄膜樣品作用時產生的干涉現象，給出了X射線雙光束干涉和多光束干涉產生極值的條件。最后，利用平穩位相方法建立了掠出射情況下薄層樣品產生的熒光強度和掠出射角的對應關系數學模型，推導了薄層樣品熒光強度理論計算公式，并以此為依據模擬計算得出了Cr、Fe、Ti和Ni等幾種以Si作基底的單層薄膜樣品的熒光強度隨掠出射角變化的理論曲線。 在裝置研究方面，提出了掠出射軟X射線熒光分析裝置的結構布局要求，并利用實驗室現有的一臺單色儀，設計并建造了國內首臺掠出射軟X射線熒光光譜儀。光譜儀包括激發光源、精密樣品臺、單色儀系統、探測和數據處理系統等幾部分，其特點是采用超薄窗流氣正比計數管作探測器的波長色散系統，適合探測樣品產生的軟X射線熒光。 在實驗研究方面，首先對掠出射X射線熒光光譜儀的色散單元進行了調整和波長標定。其次利用⁵⁵Fe作放射源對探測器和MCA多道分析系統進行了標校。最后利用同步輻射光源做激發源，在掠出射方式下研究了Si片上不同厚度單層Cr膜和雙層Fe／V膜樣品產生的熒光光強和掠出射角的對應關系。實驗結果和理論計算符合得很好，這表明掠出射X射線熒光光譜分析技術完全可以用來分析薄膜厚度等特性。 本論文采用理論、裝置和實驗研究密切結合的方式，開展了掠射X射線熒光分析技術研究工作，在國內建立了首臺掠出射X射線熒光光譜分析裝置，并對不同厚度單層和雙層薄膜樣品在掠出射條件下產生的熒光光強與掠射角的對應博士學位論文:掠射X射線熒光分析技術研究關系進行了實驗測定。本文所進行的工作為進一步開展掠射X射線熒光分析技術研究奠定了基礎。