高精度自动聚焦平行光X射线波谱仪设计

配扫描电子显微镜的波长色散X射线谱仪(简称WDX或WDS),近来在微观分析领域吸引较多的关注。这其中很大原因是新一代高精度自动聚焦平行 光X射线波谱仪的推出。这种波谱仪具有独特紧凑型设计,尺寸小;去掉了传统的罗兰圆光学系统,结构较简单;与扫描电镜的接口和能谱仪的接口一样大,可以安 装在绝大多数的扫描电镜上。

新型平行光波谱仪的一个优点是其带有X射线高效采集光学系统(HCO)或毛细管(Capillary)采集光学系统,采集立体角非常大,在同样 的电镜条件下采集的X射线信号更强,因而在微观成份分析时所要求的电镜束流相对较小。这样扫描电镜可以在更高的放大倍数(更高的空间分辨率)下观察样品。

高效采集光学系统(HCO)可使波谱仪达到比其它任何波谱都要高的计数率和峰背比,从而实现在最佳分辨率要求下进行快速X射线分析;且对低于 2·5keV的X射线可达到优于20eV的分辨率。在遇到重叠峰的情况,例如,需分开SiKα和W或TaMα重叠、Nkα从TiLα的重叠时,该结构形成 一个理想的系统。

采用毛细管光学系统可使谱仪的能量范围从100eV直至10keV,因此能够覆盖过渡族元素的K系,解决过渡族元素的α/β峰重叠问题。并满足低能线系的分析需要。

新型平行光波谱仪的另一个优点是其可带有XYZ三维光学自动对焦系统,可获得精确至正负一微米的定位精度。波谱仪定量对样品高度非常敏感,要实 现谱仪的最佳性能,必须随着样品的不同厚度和高度重新聚焦。对用户所选定样品中的待测元素,该自动对焦系统用高精度piezo马达驱动,通过软件控制自动 对焦,极大地增加定量分析的精度。

新型平行光波谱仪可独立成为单一成分分析系统,也可以与当代能谱仪融为一体,实现硬件软件一体化;还可与扫描电镜,能谱仪,电子背散射衍射仪组成一体化超级微观分析系统平台。这样的四元一体化系统已成为常规产品在海内外交付用户使用。

新型平行光波谱仪的另一个优点是操作使用极其方便。新型平行光波谱仪的软件设计已与当代的最新能谱仪的软件一样,具有简单易操作的用户界面;例 如,不需要用户去考虑波长和角度,使用起来像用能谱仪一样方便。其光学结构和机械结构简单,以及其自动对焦系统,也是操作使用方便的重要原因。新型平行光 波谱仪提供有多种扫描模式,可通过软件选择。选用能量扫描模式时,扫描的能量范围由用户决定;也可在谱仪的整个能量范围进行扫描。在此模式下,扫描的步长 和速度均可由用户选择。另一种是峰和背底扫描模式,通过元素周期表界面选择元素。在这种模式下,对每种元素的背底位置、峰及峰的两边位置进行测量。这些位 置以及测量的时间均可由用户确定。还有一种“智能”扫描模式,用户可根据自己对样品的了解和分析的需要,设置在某一特定的能量范围做快速扫描。这种模式对 于某些样品的分析特别有用,例如,在半导体材料的分析中经常要对一些已知的元素进行检测。“智能”模式可指令波谱仪在能谱分析有困难的特定能量范围取而代 之。

新型平行光波谱可至多同时安装5块分光(平面)晶体于一等边五边形。通过该五边形自转获得入射X射线与工作分光晶体之间的布拉格角度。