可利用直徑1.2m加速器實現X線放射的MEMS元件 (2006-07-05)
發布時間:2007-12-04
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日本京都大學利用MEMS技術開發成功了一種可使用直徑1.2m的小型加速器進行X線放射的元件。先使加速后的電子通過基于MEMS的多層鋁薄膜,然后使此時釋放出來的光子產生共振,產生高能量后作為X線輻射出來。這種X線屬于波長較長的“軟X線”,可用于X線曝光設備等領域。
一般而言,可使用環狀電子加速器(同步加速器)產生X線。向加速器中釋放電子,利用磁場將其封閉起來,使電子沿著圓周運動。將要直行的電子就能彎曲前行,隨著速度的變化,就會作為電磁波的形式產生能量。為了得到可用于曝光設備的高能X線,這種方法需要采用直徑數十m或數百m的大型同步加速器。因為只是單純地減小同步加速器的尺寸,得不到曝光設備所需的能量。京都大學則使用了躍遷輻射光。就是電子從介電常數不同的物質邊界通過時輻射出來的光。此次是在鋁和真空的邊界產生躍遷輻射光,并使這種邊界有規則地形成多層化,然后通過使輻射光產生共振,得到高能量。由此,即使使用小型同步加速器,也能得到曝光設備所需的能量為6M~20MeV的X線。
通過共振輻射這種躍遷輻射光的元件已由該校利用MEMS技術試制成功。利用普通的MEMS工藝,形成了鋁薄膜以一定間隔排列而成的結構。具體來說,就是在硅材料上交替形成鋁薄膜和硅薄膜,然后利用蝕刻法去除硅薄膜。課題是這種鋁薄膜間隔的不穩定性。如果間隔不穩定,輻射光就無法充分產生共振,也就得不到所需的能量。京都大學對于能夠得到最高強度超過90%的輻射光的不穩定性進行了計算。結果證實能夠以足夠的容許度進行加工。具體來說,就是在采用厚為450nm的鋁薄膜時可以將間隔定為1100nm~2600nm。鋁薄膜總數為250層。另外,直徑1.2m的同步加速器已由日本立命館大學開發成功,該加速器內部采用了京都大學此次研制的元件。