[發明專利]一種SiC晶體單色器

在審

• 申請號: 201410128679.2
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103940837A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 孫偉;陳小龍;甘弟;宋有庭;王文軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及一種SiC晶體單色器，特別涉及高分辨X射線衍射儀的SiC晶體單色器。

背景技術

X射線衍射儀是提供材料結構分析的無損傷探測儀器，單色器是X射線衍射儀的關鍵部件。根據分析目的不同，X射線衍射儀的單色器大體上分為兩類：一類是用于粉末樣品結構分析的單色器，如：高取向熱解石墨彎晶單色器。X射線先通過樣品再通過石墨單色器，因此這種單色器又稱為衍射束單色器。石墨單色器可以去掉連續X射線和X射線熒光背底及K_β輻射（一般實際使用時是用Ni濾波片去除連續X射線和X射線熒光背底及Cu的K_β輻射），而不能去掉Kα₂輻射，由計數器檢測給出Kα的雙線衍射峰。這類單色器的特點是衍射效率比較高，一般在24-30%范圍。

另一類單色器作為高分辨X射線衍射儀的附件，一般用于單晶搖擺曲線或者薄膜的結晶質量、成分、厚度等分析。X射線先經過單色器，再通過樣品，這類單色器又稱為入射束單色器。上個世紀七十年代發展起來雙晶衍射技術，初期制作的單色器包含兩塊晶體，使用一塊平晶單色化X射線輻射，然后再通過待測的單晶樣品，進行單晶樣品搖擺曲線的測試。如果待測單晶樣品與第一塊平晶為同一種晶體（即它們有相同的Bragg角），在兩塊晶體合理放置的情況下，可以在與入射束平行的方向進行探測，獲得高強度、高分辨的單晶搖擺曲線的分析結果。相反，如果待測單晶樣品與第一塊平晶屬于不同種類的晶體且其d值相差很大，則由于波長色散效應，分辨率大大降低了，使得搖擺曲線寬化嚴重。在這種情況下，需要更換第一塊平晶，光路重新校準后，才能進行高精度的測量，操作十分繁瑣，因此限制了雙晶單色器的應用。

1937年DuMond首先提出四晶單色器設計思想，1974年Beamont&Hart將四晶單色器應用于同步輻射研究。1983年美國Philips公司的Willem.J.Bartels提出溝道式四晶單色器（見美國專利：US4567605）。它是由兩個U型結構的晶體構成，每個U形結構晶體的側壁作為兩個反射面（晶體表面為Ge(110)面，利用Ge(220)或者(440)晶面作為反射面），兩個U形塊晶體成鏡像排列，使得從單色器出射的衍射束與入射束平行且共線，很好地解決了上述問題。但是使用四晶單色器會使X射線衍射強度降低得很厲害。為了提高單色器的衍射效率，1994年美國Philips公司的Paul?Van?Der?Suis提出了不對稱四晶單色器（見美國專利：US5009043）。采用晶體表面與晶體的衍射點陣晶面不平行的切割方式，大大地提高了X射線的衍射強度，但是單色器的分辨率有所降低。為了保持一定的衍射強度，又不會降低單色器的分辨率，2002年美國Philips公司的Vladimir?A.Kogan發展了鏡與Ge二晶或者四晶單色器集成的技術（見美國專利：US6359954），利用Gobel鏡提供準平行光，作為Ge四晶單色器的入射束，大大地提高了單色器的衍射效率。

目前國外許多公司，如日本Rigaku公司的UltimaIV高分辨X射線衍射儀、荷蘭PANalytical公司生產的X’Pert?PRO高分辨X射線衍射儀以及德國Bruker?AXS公司生產的D8Discover高分辨X射線衍射儀均采用Ge四晶單色器或者鏡加Ge四晶單色器復合工作模式。

總之，Ge四晶單色器雖然分辨率很高，但是其衍射強度大大地降低了。因此為了提高其衍射強度，除了提高X光源的功率、使用鏡提供準平行光、晶體采取不對稱切割方式之外，還可以尋找衍射效率更高的晶體材料代替Ge單晶，來實現提高高分辨X射線衍射儀衍射強度的目的。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種高分辨X射線衍射儀晶體單色器，所述晶體單色器包含兩個6H-SiC或者4H-SiC晶片，兩個晶片呈平行排列構成一個二晶單色器；或者所述晶體單色器包含一個U形結構的6H-SiC或者4H-SiC晶片，所述U形結構的側壁作為兩個反射面，構成一個二晶單色器。

本發明還提供了一種高分辨X射線衍射儀晶體單色器，所述晶體單色器包含四個6H-SiC或者4H-SiC晶片，所述四個晶片兩兩平行排列，組成兩個二晶單色器，所述兩個二晶單色器呈鏡像對稱排列，構成一個四晶單色器；或者所述晶體單色器包含兩塊U形結構的6H-SiC或者4H-SiC晶體，所述兩塊U形結構的6H-SiC或者4H-SiC晶體呈鏡像排列，構成一個四晶單色器。

進一步地，首選6H-SiC單晶的(0006)面或者4H-SiC單晶的(0004)面作為衍射面。