автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Брэгг-френелевская кристаллооптика в схемах ренгтеновской микроскопии

ргв ®

10Г; РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК '/_ "'-'ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ТЕХНОЛОГИИ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И ОСОБОЧИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

На правах рукописи

ГАРТМАН Ян Михайлович

БРЭГГ-ФРЕНЕЛЕВСКАЯ КРИСТАЛЛООПТИКА В СХЕМАХ РЕНТГЕНОВСКОЙ МИКРОСКОПИИ

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника и микроэлектроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1994

Работа выполнена в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН.

Научный руководитель -

кандидат физико-математических наук A.A. Снигирев

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.Г. Кон, кандидат физико-математических наук Е.В. Шулаков

Ведущая организация -

Московский Государственный Университет

Защита состоится ^ » 1994г. в час. на

заседании специализированного совета К.003.90.01 при Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН по адресу: 142432, Московская обл., Ногинский р-н, п. Черноголовка, ИПТМ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН.

Автореферат разослан «_»_1994г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат химических наук ,/f / Н. В. Личкова

© Институт проблем технологии микроэлестроники и особочистых материалов РАН

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие микроскопии в мягком рентгеновском излучении стимулировало прогресс в целом ряде исследовательских направлений. Вместе с тем, использование жесткого рентгеновского излучения в схемах микроскопии позволит значительно расширить число исследуемых объектов и позволит получать дополнительную информацию об их внутренней структуре. Предварительные эксперименты показали, что элементы Брэгг-Френелевской оптики демонстрируют высокую эффективность и позволяют реализовывать схемы как сканирующей (микрозонд), так и изображающей рентгеновской микроскопии.

Актуальность темы диссертации обусловлена тем, что с одной стороны, использование элементов Брэгг-Френелевской оптики в схемах локальной рентгеновской диагностики требует детального изучения их дифракционных свойств, а с другой стороны, широкий диапазон исследуемых объектов требует разработки и исследования новых рентгенооптических схем.

Являясь органическим продолжением начатых в этой области исследований, настоящая диссертация посвящена изучению дифракционных свойств Брэгг-Френелевских линз в схемах микроскопии в жестком рентгеновском излучении. Цель работы:

Теоретический анализ и экспериментальное исследование дифракционных свойств элементов Брэгг-Френелевской кристаллооптики в схемах микроскопии в жестком рентгеновском излучении. Научная новизна.

Впервые в результате теоретического анализа исследовано влияние формы зонного рельефа на дифракционные свойства Брэгг-Френелевских линз.

Впервые экспериментально обнаружено и исследовано явление расщепления изображения второй гармоники ондулятора, полученное с помощью кольцевой Брэгг-Френелевской линзы.

Впервые получено голографическое изображение Френелевской зонной структуры в жестком рентгеновском излучении. Практическая ценность.

Экспериментально реализована схема двухлинзового рентгеновского телескопа для исследования источника ондуляторного излучения.

Даны оценки допустимых отклонений структуры Брэгг-Френелевской линзы от идеальной, возникающих в процессе изготовления линзы.

Экспериментально реализована схема рентгеновского микрозонда на основе двух скрещенных линейных Брэгг-Френелевских линз.

Предложена и экспериментально реализована схема дифракционного рентгеновского коллиматора на основе Брэгг-Френелевской линзы.

Экспериментально реализована схема записи спектра фазовой дифракционной решетки с помощью линейной Брэгг-Френелевской линзы.

Предложено использовать Брэгг-Френелевские линзы для реализации фазово-контрастных методик в жестком рентгеновском излучении.

Основные положения, выносимые на защиту.

1.Теоретический анализ влияния технологических процессов изготовления Брэгг-Френелевских линз на их оптические свойства.

2. Исследование особенностей формирования Брэгг-Френелевской линзой изображения ондуляторного источника жесткого рентгеновского излучения.

3. Экспериментальная реализация схемы рентгеновского микрозонда на основе двух скрещенных линейных Брэгг-Френелевских линз и схемы рентгеновского дифракционного коллиматора на основе Брэгг-Френелевской линзы.

4. Экспериментальная реализация на основе Брэгг-Френелевских линз схемы записи спектра фазовой дифракционной решетки и получения голографического изображения кольцевой Брэгг-Френелевской линзы. Апробация результатов работы.

Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. Международная конференция по рентгеновской оптике и микроанализу, Манчестер, 1992.

2. Международная конференция по рентгеновской микроскопии, Черноголовка, 1993.

3. Пятая международная конференция по оборудованию источников синхротронного излучения, Нью-Йорк, 1994. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (97 наименований) и изложена на 131 странице машинописного текста, включая 33 рисунка.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертационной работы, описываются цели, структура диссертации и ее краткое содержание.

В первой главе рассматриваются основные рентгенооптические элементы, использующиеся для фокусировки жесткого (Е>6кэВ) рентгеновского излучения плоскими и изогнутыми монокристаллами, элементами каппилярной и волноводной оптики а также Френелевскими структурами, изготовленными по рулетной технологии и свободновисящими Френелевскими линзами.

Рассмотрены основные свойства Френелевских структур: разрешение, эффективность, функция размытия точки. Показана зависимость эффективности дифракции от точности изготовления структуры.

На примере зонных пластинок, изготовленных литографическим методом и по "рулетной" технологии демонстрируются основные альтернативные методы изготовления дифракционных Френелевских элементов.

Подробно рассматриваются ' основные свойства Брэгг-Френелевских линз, показывается зависимость сдвига фазы от высоты рельефа ликзы и от природы материала подложки, продемонстрированы основные свойства этих линз: пространственное разрешение, эффективность дифракции, спектральная полоса пропускания.

Описаны основные технологические процессы изготовления элементов Брэгг-Френелевской оптики на основе монокристаллов кремния и германия.

Рассмотрены основные рентгенооптические схемы, реализованные в настоящее время и предложенные в качестве проектов, использующие фокусирующие рентгенооптические элементы. В

частности рассмотрены схемы флюоресцентной микроскопии и методы получения изображения источников рентгеновского излучения.

В заключении, на основании проведенного анализа научных работ, сформулированы основные задачи диссертации.

Во второй главе рассматривается влияние отклонений формы и конфигурации зонного рельефа, определяемых технологическими процессами изготовления БФЛ на их дифракционные свойства.

Для анализа отклонений параметров структуры линзы следует классифицировать возможные отклонения и найти их источник. Типичный процесс производства БФЛ включает в себя две существенные стадии:

- формирование структуры линзы в слое резиста, нанесенном на поверхность монокристаллической подложки;

- перенос зонной структуры в кристалл методом реактивно-ионного травления (РИТ).

Создание структуры линзы с использованием РИТ является достаточно сложной технологической проблемой, поскольку профиль зоны должен иметь определенную ширину, высоту и форму. В этой главе рассматриваются свойства линейных БФЛ, хотя полученные результаты могут быть частично приложены и к другим типам кристаллических БФЛ.

Отличия реальных структур БФЛ от идеальных могут быть разбиты на три группы:

- смещение границ зон Френеля;

- уменьшение глубины зоны при увеличении аспектного отношения;

- зависимость глубины и профиля зоны от аспектного отношения.

Рассматривая кристаллическую линейную БФЛ со смещенными границами зон и формой зоны, отличной от прямоугольной, как аберрированную совершенную БФЛ, возможно оценить дифракционные свойства такой структуры, используя отношение Стрела. Из-за эффекта подтрава боковых стенок при процессе РИТ, в результирующей структуре линзы может наблюдаться такое смещение границ зон Френеля, при котором границы соседних зон двигаются в противоположных направлениях и эти зоны становятся, соответственно, слишком узкими или слишком широкими, в то время, как центры зон остаются несмещенными. Доля энергии |ст|2, идущая в фокус порядка т может быть определена из Фурье-разложения

амплитудной функции пропускания БФЛ с числом зон N. записанной как функция квадрата нормализованной координаты т(Ы.. т(ь) - это периодическая функция с периодом 2/н и скважностью э. Квадрат модуля коэффициента Фурье-разложения т(ъ) даст долю энергии, идущей в соответствующий порядок. Для чисто фазовой БФЛ:

|с0|2 = 1 - 2а(1-э)(1-совйф) ^

Я2 т2

И-соэДф) (1-соэ1?)

где Д0 - сдвиг фазы между соседними зонами Френеля (в рассматриваемом случае Дф считается постоянным вдоль Френелевской структуры) и 0=2лтз.

Параметр в определяет величину сдвига зон Френеля из идеального положения. Для совершенной БФЛ э = 0. 5 и фокусы четных порядков отсутствуют. При описанном сдвиге зон Френеля предел Стрела достигается при э=0. 35 и б=0. 65. Рис. 1 показывает значения ]ст|2 как функцию э для нулевого, первого и второго порядков.

Используя полученные результаты можно оценить допустимую величину подтрава Ди, производимого в процессе РИТ.

сЗг = 1-23 ,2)

п

Поскольку минимальное допустимое значение э, определяемое пределом Стрела равняется 0.35, то получается, что максимально допустимый подтрав зоны Д1*(п) = 0. ЗсЗгп.

Апертурный эффект заключается в зависимости высоты рельефа Ь от аспектного отношения Ь/с1г . В этом случае:

= о и

ь (п) = или Ь(п) = £С-щнуО

(3)

Апертурный эффект имеет место при процессе криогенного РИТ в среде Были проведены вычисления распределения интенсивности в плоскости изображения с использованием малоуглового приближения дифракционного интеграла Френеля-Кирхгоффа. Для одномерного объекта, такого как линейная фазовая БФЛ в сагиттальной

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2 -

0.0

\

-п=0 ----П=1 -----П=2 -------п=3

\

_____^ у \

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Рнс.1 Зависимость эффективности дифракционного порядка БФЛ от параметра в.

70

60

tj

5 50

я

н

40

Л

н

о

° 30

X ш

к

5 20

н Я К

10

идеальная структура искаженная структура

-Д -

\ Sil И ---искаженная структура Si333

\\

\\

-

0.0

0.1

0.5

0.6

0.2 0.3 0.4

координата, мкм

Рис.2 Распределение интенсивности в фокальной плоскости БФЛ для структуры, искаженной апертурным эффектом.

схеме, этот интеграл представляется в следующем виде:

Е(Х) = exp(-ikr) J q(x) exp {-i ^ - X)2} dx (4)

где E(X) - комплексная амплитуда в плоскости изображения на расстоянии г от объекта с функцией пропускания q(x) и к -волновой вектор рентгеновской волны. Результаты вычислений распределения интенсивности в плоскости изображения БФЛ для профиля зон, искаженного апертурным эффектом представлены на Рис.2. Были рассмотрены два случая: линейная кристаллическая БФЛ на кремниевой подложке, отражение sil11 и та же линза, использующая отражение Si333. Рассматривалась плоская падающая рентгеновская волна с А = 1.54А. Высота рельефа, на которой происходит сдвиг фазы на ir равна соответственно 1.25 мкм для sil11 и 3.75мкм для Si333. При этом максимальное значение аспектного отношения для отражений silll и для Si333 составляет соответственно 4.17 и 12. 5.

Из представленных зависимостей можно видеть, что БФЛ, использующая отражение silll, демонстрирует практически те же параметры, что и БФЛ с идеальным прямоугольным профилем. В то же время, в случае БФЛ, использующей отражение Si333, отношение Стрела равно 0.82, что превышает предел Стрела, поэтому можно утверждать, что влияние апертурного эффекта, возникающего при криогенном РИТ в среде травителя sf6 на дифракционные свойства БФЛ на кремниевых подложках, при использовании отражений silll и si333, пренебрежимо мало.

В условиях РИТ часто происходят различного рода искажения формы профиля зоны. Среди большого количества различного рода искажений профиля можно идентифицировать три наиболее часто встречающихся:

а) Стенки протравленной зоны наклонены по отношению к нормали к поверхности кристалла на постоянный угол и границы зон совпадают с вершинами рельефа. В этом случае нет подтрава под маскировочный слой.

б) Стенки протравленной зоны таким же образом наклонены по

отношение к нормали поверхности, но границы зон проходят через центры наклонных стенок рельефа. Здесь существует подтрав под маску.

в) До тех пор, пока аспектное отношение меньше какого-то определенного критического значения (наиболее часто встречающееся в реальных структурах критическое значение аспектного отношения равно единице) боковые стенки рельефа перпендикулярны поверхности кристалла, а при превышении критическоко значения они наклоняются на постоянный угол.

Все эти формы рельефа вызывают различные вариации фазы рентгеновской волны внутри структуры БФЛ, что в свою очередь оказывает существенное влияние на дифракционные свойства линз. Для оценки этих свойств вычислялось распределение интенсивности в плоскости изображения согласно процедуре, описанной выше. Был проведен расчет распределения интенсивности в плоскости изображения для БФЛ с профилем рельефа, соответствующим случаю (а) для разных углов наклона боковых стенок и для БФЛ с совершенным прямоугольным профилем, и был получен результат, что при рассматриваемом профиле рельефа предел Стрела достигается при угле наклона боковых стенок равном 7°.

Аналогичное распределение было рассчитано для формы рельефа, соответствующей случаю (б), для тех же углов наклона боковых стенок. Следует отметить, что для некоторых углов наклона (меньше 7.5°) пиковая интенсивность в плоскости изображения БФЛ с деформированным профилем превышает пиковую интенсивность идеальной БФЛ. Этот факт может быть объяснен тем, что при определенных углах наклона происходит некоторая аппроксимация киноформного зонного профиля зонным профилем рассматриваемой БФЛ. В этом случае эффективность зонной структуры, а значит и пиковая интенсивность функции размытия точки, могут несколько превышать соответствующие значения для фазовой зонной структуры с прямоугольным фазовым профилем. При больших углах отклонения начинает уменьшаться глубина крайних зон, и киноформная аппроксимация ухудшается. Для такого типа профиля рельефе предел Стрела достигается при угле наклона боковых стенок равном 20".

Также было рассчитано распределение интенсивности в плоскости изображения БФЛ для последнего случая (в) для различных

углов наклона боковых стенок, и было получено, что для такой конфигурации предел Стрела достигается при угле наклона стенок, равном 15.5°.

В третьей главе демонстрируется экспериментальное исследование рентгенооптических схем, показывающих возможности применения Брэгг-Френелевской оптики.

Была предложена оптическая схема, состоящая из кристалла 31(111) и линейной БФЛ на такой же подложке, параллельных друг другу и установленных на гониометрах с горизонтальными осями вращения. Третьим элементом схемы является линейная БФЛ, установленная на гониометре с вертикальной осью вращения. Преимуществом описываемой оптической схемы является то, что входной и выходной пучки расположены в горизонтальной плоскости, что существенно облегчает работу с микрозондом. Источником рентгеновского излучения служил микрофокусный рентгеновский генератор им1сго£1ех", размер источника рентгеновского излучения составлял 3x30 мкм2. При использовании Сика излучения фокусное расстояния первой и второй линейных БФЛ равнялись соответственно 15см и 10см. Сфокусированное излучение регистрировалось на высокоразрешающую рентгеновскую фотопластинку. Экспериментальные результаты приведены на рис. 3.

Полученный размер сфокусированного рентгеновского пятна составляет 3x8 мкм2, что соответствует геометрическому уменьшению схемы. Таким образом, тестовый эксперимент показал, что предложенная схема реализует точечный рентгеновский микрозонд с разрешением в единицы микрон. В то же время предложенная конструкция позволяет использовать как точечный, так и линейный фокус. Наиболее перспективным применение предложенной схемы видится с использованием синхротронного излучения.

Рис. 4 показывает схему дифракционного коллиматора на основе Брэгг-Френелевской линзы. Для этой схемы отношение к^ интенсивности сколлимированного пучка дается очевидным соотношением:

I с (и __ п

I р

«кол = = " - " (5)

Рис.3 Схема точечного микрозонда на основе линейных БФЛ. 1 - источник излучения, 2 - кристалл-монохроматор, 3 - БФЛ1,4 - БФЛ2, 5 - фотопластинка.

Рис.4 Схема дифракционного рентгеновского коллиматора. 1 - источник рентгеновского излучения, 2 - кристалл-монохроматор, 3 - БФЛ, 4 - фотопластинка.

где I и I даны в (фот х сек"1 х мрад"1 ви), где ви -спектральная избирательность кристаллической подложки, зависящая от природы кристалла и условий отражения. То же отношение для схемы с использованием кольцевой БФЛ в условиях близких к обратному рассеянию:

«кс

г к + г •»

(6)

И для схемы с использованием двух скрещенных линейных БФЛ:

«КС

г С (И + Р ) 1' *» п -»

(7)

Угловой спектр коллиматора для точечного источника определяется из Фурье-преобразования комплексной амплитуды рентгеновской волны на выходной поверхности БФЛ:

А ехр (I кР + I х2)

[О П 2. V -ч

-2- q(x) (8)

где м - постоянный коэффициент, я (х) - амплитудная функция пропускания.

Ширину центрального максимума распределения 1(9), определяющую расходимость рентгеновской волны можно приблизительно оценить, используя параметры БФЛ, зависящие отсуществующих технологических возможностей:

А " " Рп

(9)

где д - апертура БФЛ.

Для большинства источников рентгеновского излучения ширина центрального максимума распределения (8) меньше угловой апертуры источника, которой в этом случае и будет определяться

а =

расходимость сколлимированного рентгеновского пучка:

где б - размер источника.

Следует отметить, что коллиматор на основе Брэгг-Френелевской оптики обеспечивает не только коллимацию рентгеновского пучка, но и его монохроматизацию. В меридиональном направлении монохроматичность пучка определяется спектральной избирательностью кристалла, в то время, как в сагиттальном направлении (пренебрегая размером источника):

с §5 JS = | A9L/Д9 ctg Gb (11)

где Ä0L = a/f^ - угловая апертура БФЛ. Из-за малых размеров апертуры (десятки или сотни микрон) монохроматичность излучения в сагиттальном направлении превышает монохроматичность в меридиональном направлении. В случае использования коллиматора, состоящего из двух скрещенных БФЛ монохроматизация определяется только сагиттальным направлением.

Схема дифракционного коллиматора на базе линейной кристаллической БФЛ была реализована с использованием микрофокусного рентгеновского генератора "microflex" с эффективным размером источника 2x20 мкм2. Использовалось cuKaJ излучения с длиной волны 1.54А. Параметры используемой БФЛ были следующие: з^ = 4.81 мкм, ArN= 0.3 мкм, а = 77 мкм, высота рельефа h = 1.25 мкм.

В этой главе приведены также эксперименты, демонстрирующие возможность применения Брэгг-Френелевской оптики для таких методик, как фазово-контрастная рентгеновская микроскопия и рентгеновская голография. Были проведены тестовые эксперименты по регистрации спектра фазовой дифракционной решетки и по получению голографического изображения кольцевой БФЛ в условиях, близких к обратному рассеянию.

Спектр фазовой дифракционной решетки был записан на

рентгеновскую фотопластинку с помощью линейной БФЛ с фокусным расстоянием 15см. Источником рентгеновского излучения служил микрофокусный рентгеновский генератор (размер источника 2х20мкм). Фазовая дифракционная решетка представляла из себя структуру с периодическим рельефом поверхности высотой 1.3 мкм, изготовленную на пластине монокристаллического кремния и установленную так, что вектор дифракции был параллелен линиям решетки (саггитальная установка). Использовались 111 отражения линзы и решетки и Сика излучение. Спектр регистрировался в фокальной плоскости БФЛ. Записанный спектр представлен на рис. 5. Три линии в середине апертуры линейной линзы представляют из себя -1,0,+1 порядки дифракционной решетки соответственно.

Получение голографического изображения кольцевой Френелев-ской зонной структуры основано на том, что при освещении когерентным или частично когерентным излучением в пространстве за линзой происходит интерференция между дифракционными порядками линзы. Источник ондуляторного излучения имеет высокую яркость и маленький размер излучающей области, что позволяет получить значительный радиус когерентности. В частности, в эксперименте с использованием ондуляторного источника рентгеновского излучения расстояние от излучаемой области до линзы составило 31м, а размер источника был менее ЮОмкм. Тогда радиус когерентности при энергии ЮкэВ составит около 50мкм, тогда как радиус крайней зоны кольцевой БФЛ, используемой в эксперименте, равен 98 мкм. Фокусное расстояние линзы f=62. 5см, использовалось отражение si444. Поскольку высота рельефа линзы была оптимизирована для отражения 333, то имел место нулевой порядок дифракции. Для того, чтобы избежать влияния интенсивного третьего порядка, интерференционная картина регистрировалась вблизи фокальной плоскости третьего порядка. В центре интерференционной картины (рис.6) виден сфокусированный третий порядок, вокруг которого наблюдаются концентрические кольца, соответствующие интерференции первого и нулевого порядков.

В четвертой главе рассмотрены оптические свойства схемы, состоящей из ондуляторного источника рентгеновского излучения и кольцевой БФЛ на разных гармониках ондулятора.

100 мкм

Рис.5 Спектр фазовой дифракционной решетки.

100 мкм

Рис.6 Голографическое изображение Френелевской зонной структуры

Предложена и реализована схема получения изображения источника ондуляторного излучения с использованием комбинации кольцевой БФЛ и кристалла с асимметричным Брэгговским отражением а также схема, состоящая из двух кольцевых БФЛ, аналогичная схеме телескопа.

Ондулятор с высоким значением /З-функции (0>1Омкм/мкрад) представляет из себя источник рентгеновского излучения с размерами о* порядка сотен микрон и расходимостью излучения <г'х порядка десятков мкрад. При работе ондулятора на четных гармониках в результате интервенционных эффектов происходит перераспределение излучения в дифракционные порядки, расположенные под углом 0/2 к направлению 0-го порядка. В этих условиях распределение интенсивности в фокальной плоскости БФЛ, находящейся на расстоянии ь от ондулятора, будет определяться интегралом:

02 2 2 1 V 2 Г Г (х - а Г (X - а Г ,

I' <*> - {ехр[- -^а-М ♦ ехрС-

х . Ь Ь

V _ а

где х Й Х 2

а1 = ь +

а = ь -

2 2

иг' X

В этом выражении хо - координата центра линзы, а - апертура линзы. Очевидно, что для первой гармоники ондулятора а! = а2 = Были приняты следующие значения параметров: ь = 31м, сгх= 550мкм, <г^= 1.5x10"5, ф = 4x10-3. Параметры кольцевой БФЛ, используемые в расчетах были следующие: апертура а = 400мкм, фокусное расстояние f = 125см при энергии излучения 7.92 кэВ.

Экспериментальное исследование изображения источника ондуляторного излучения было проведено на станции н>в Европейского синхротронного центра с использованием ондулятора с

высоким значением параметра 0. Параметры ондуляторного источника и БФЛ были те *е, что использовались в расчетах.

БФЛ была установлена на гониометрическую головку, позволяющую осуществлять установку угйа Брэгга и движение линзы внутри рентгеновского пучка перпендикулярно оптической' оси.

Экспериментальное получение изображения второй гармоники ондулятора с высоким значением параметра Э было проведено на станции изб синхротрона ебпг. Геометрические параметры схемы, параметры ондуляторы и линзы были те же, что использовались при расчетах.

Изображения ондуляторного источника были получены при различных положениях линзы относительно центра рентгеновского пучка. Для этого было проведено сканирование линзой в направлении, перпендикулярном оптической оси с шагом 100 микрон.

На рис. 7 приведены расчетные распределения интенсивности в плоскости изображения БФЛ, показывающие динамику расщепления изображения источника на второй гармонике ондулятора для соответствующих положений линзы.

Принципиальная схема рентгеновского телескопа представлена на рис.8. Первая, объективная БФЛ строит уменьшенное изображение источника, а вторая, окулярная БФЛ, увеличивает это изображение. В схеме использовались кольцевые БФЛ на кремниевой подложке, отражение Э1444 и излучение с энергией 7.Э1кэВ. В этих условиях отличие угла Брэгга от 90" составляло 1.5°. На этой энергии фокусное расстояние объективной БФЛ было 125см, а окулярной -25см.

Расстояние от центра ондулятора до линзы составляло 31м. При такой геометрии схемы и параметрах БФЛ коэффициент увеличения равен 0.21, то есть, при ожидаемом размере излучаемой области 1200х400мкм2, размер изображения составит примерно 250х85мкм2, что достаточно для получения изображения на двухкоординатном рентгеновском детекторе с разрешением 30 мкм.

Для снижения фона, образованного нулевыми порядками обеих линз и высшими гармониками ондулятора, в плоскость изображения первой БФЛ была введена диафрагма диаметром 100 мкм. Величина зазора между магнитами ондулятора равнялась 45мм, эта величина соответствует генерации 1-й гармоники ондулятора. Размер

сдвиг ЮООмкм

- сдвиг бООмкм

--сдвиг ЗООмкм

-20 0 20

координата, мкм

Рис.7 Распределение интенсивности в фокальной плоскости БФЛ при различных положениях линзы относительно оси рентгеновского пучка.

БФЛ-объектив

ондулятор

монитор

Рис.8 Экспериментальная схема двухлинзового рентгеновского телескопа, монитор

ондулятор

— 'ЛУУ/УР

асим. 81-422

Рис.9 Экспериментальная схема получения изображения ондуляторного источника синхротронного излучения.

полученного на двухкоординатном детекторе изображения равен 280х90мкм2, что близко к ожидаемому значению.

Для целого ряда задач требуется определить либо вертикальный, либо горизонтальный размер источника. В этом случае можно использовать схему одномерного увеличения размера изображения, используя асимметричное Брэгговское отражение от совершенного монокристалла.

Оптическая схема, включающая в себя кольцевую БФЛ (использовалась та же длиннофокусная линза, что и в объективе телескопа) и совершенный монокристалл кремния (отражение 422, фактор асимметрии 15), установленный в плоскость изображения линзы, представлены на Рис.9. Обработка полученного изображения показывает, что вертикальный размер источника составляет 450 микрон.

В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы.

1. С помощью численного моделирования была исследована зависимость оптических свойств БФЛ от формы и конфигурации зонного рельефа, определяемая процессами реактивно-ионного травления и определены допустимые отклонения формы зонного рельефа БФЛ.

2. Предложена и реализована схема рентгеновского микрозонда на основе двух скрещенных БФЛ. Экспериментально достигнутое разрешение составило Зх8мкм2.

3. Впервые предложена и реализована схема рентгеновского коллиматора на основе линейной БФЛ, позволяющая получать двумерную коллимацию рентгеновского излучения.

4. Впервые реализована схема записи спектра фазовой дифракционной решетки с помощью линейной БФЛ и микрофокусного источника рентгеновского излучения. Записан спектр фазовой дифракционной решетки с периодом 4мкм.

5. Впервые реализована схема получения голографического изображения кольцевой БФЛ на ондуляторном источнике синхротронного излучения. На основании экспериментальных данных предложено использовать кольцевые БФЛ для реализации метода Фурье-голографии в жестком рентгеновском излучении.

6. Экспериментально обнаружено и проанализировано методом

численного моделирования явление расщепления изображения второй гармоники ондуляторного излучения, получаемого с помощью кольцевой БФЛ.

7. Впервые предложены и реализованы рентгенооптические схемы рентгеновского телескопа для контроля источника ондуляторного излучения с использованием кольцевой БФЛ и кристалла с асимметричным Брэгговским отражением и с использованием двух кольцевых БФЛ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Aristov V.V., Basov A.Yu., Hartman Ya.M., Riekel C., Snigirev A.A. X-ray microprobes based on Bragg-Fresnel crystal optics for high energy X-rays.- Inst. Phys. Conf. Ser. No 130, chapter 7, p.523-526.

2. Chavanne J.( Elleaume P., Hartman Ya., Snigirev A.A., Snigireva I.I., Tarazona E. 2D imaging of an undulator source by phase circular Bragg-Fresnel lens.-Rev.Sci.Instrum., 1994, 65(6), p.1959-1963.

3. Chavanne J., Elleaume P., Hartman Ya., Snigirev A.A., Snigireva 1.1., Tarazona E. 2D imaging of an undulator source by phase circular Bragg-Fresnel lens.- Proc.of 4-th Int. Conf. on X-ray microscopy, September 20-24, 1993, Chernogolovka, p.C-13.

4. Hartman Ya.M., Snigirev A.A. Some examples of high energy X-ray phase contrast imaging techniques using Bragg-Fresnel crystal optics.- Proc.of 4-th Int. Conf. on X-ray microscopy, September 20-24, 1993, Chernogolovka, p.F-14.

5. Hartman Ya.M., Snigirev A.A., Yunkin V.A. The effects of zone relief configuration on diffraction properties of Bragg-Fresnel lense.- Proc.of 4-th Int. Conf. on X-ray microscopy, September 20-24, 1993, Chernogolovka, p.H-5.