[发明专利]一种高通量的单色晶体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高通量的单色晶体及其制备方法。本发明的单色晶体的材料为不完美单晶硅，其制备方法为：将选取的太阳能级单晶硅加工为channel‑cut型的晶体；或者选取两完美单晶硅，并对其表面进行离子注入，分别在每一完美单晶硅的表面形成一具有μm量级离子注入层，将两块晶体以平行的方式放置，其中所述离子注入层为单色晶体工作面。本发明首次将不完美单晶硅应用于同步辐射领域；本发明利用不完美单晶硅制备出高通量的单色晶体，为单色器的材料选择提供一种新的思路。

技术领域

本发明属于同步辐射领域，涉及一种利用不完美单晶硅(太阳能级单晶硅、离子注入诱生缺陷的单晶硅)制备应用于同步辐射领域的高通量单色晶体。

背景技术

从X射线被发现时起，它就逐步发展成为探测物质结构极重要的工具，从简单的化合物到非常复杂的DNA双螺旋结构，不计其数的材料结构由X射线解析得出，有力地推动了各学科的发展。反过来，各学科的发展使人们对X射线技术提出了越来越高的要求，催生了同步辐射光源的诞生。人们希望拥有亮度高的光源，通量高/品质高的实验光束。

X光源的辐射光一般为连续光谱，在许多的实际应用中，人们希望选择某个特定能量作为工作波长。因此X光源发出的光束在到达用户之前需要经过光学系统的调制。光学系统包括反射镜、单色器和分光光栅等，其中单色器可以将特定波长的光束从连续谱中分离出来，对用户获得的实验光束性能起着决定性的作用。通过单色器的光通量与单色器内晶体的反射曲线宽度相关，不同的晶体单色器可以对应着不同的通量。可以通过设计不同的晶体单色器来获得更高的光通量。在同步辐射的实验中，足够的通量的投入是获得期待信息的必要条件，因此，在所有的光束性能指标中，对高通量的追求从来都是第一位的。

目前旨在提高通量的相关研究包括：

一、多层膜结构

多层膜结构是在基片上周期性的交替沉积不同密度材料的膜层的人工分光元件，具有高的反射率，沉积膜层具有nm级的衍射面间距和大的衍射接收角度，因此可以获得大的光通量。

多层膜结构周期长度一般只能做到～nm级，对x线的衍射角度较低。虽有较高的反射率，但分辨率偏低(相对带宽在1×10^-2)，不能满足一些实验对分辨率的需求，热物理学性能较差，使用条件受到限制，寿命有限。

二、使用锗单晶

单晶锗具有介于多层膜和完美单晶硅之间的能量带宽，衍射特性较好，可以获得较高的通量。但晶体的热物理学性质差，承受不了高负荷，且相对于完美硅单晶，单晶锗的造价会更高。当前工程应用单色器多为完美单晶硅以及多层膜单色器，根据它们常用的能区，存在一段能量带宽在2×10^-4-1×10^-2的空白区域。完美单晶硅单色器具有高的能量分辨率、高的反射率等优点。但是这种单色性能对一些实验来说有些过好，从而在光通量上受到了不必要的损失；多层膜结构是在基片上周期性的交替沉积不同密度材料的膜层的人工分光元件，但周期长度一般只能做到～nm级，对x线的衍射角度较低。虽有较高的反射率，但分辨率偏低(相对带宽在1×10^-2)，不能满足一些实验对分辨率的需求。

不完美单晶硅，属于广泛意义上的单晶硅范畴。不同于完美单晶硅，不完美单晶硅中存在一定数量的缺陷，从而导致晶格发生畸变，具有填补能量带宽空白区域的潜力。不完美单晶硅可以通过两种途径获得：一是人为施加应力，诱导缺陷(多晶区和位错)的产生，如破坏完美单晶硅的表面等；二是寻找具有本征缺陷(点缺陷和位错)的不完美晶体，如太阳能级单晶硅、离子注入诱生缺陷的单晶硅等。