CN103337273B - 一种针孔准直器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种准直器。为解决现有针孔准直器存在的针孔形状不理想，使得重离子微束的低能散射严重，导致产生的重离子束斑过大，不能满足应用要求等问题，本发明提供了一种针孔准直器，包括上底衬、第一狭缝结构、第二狭缝结构和下底衬；所述第一狭缝结构和第二狭缝结构均由置于同一平面内的两片刃口相对的刀片构成，相对的刃口间留有狭缝，并要求刃口的厚度能够保证被准直物不会被透射。本发明的针孔准直器刀片刃口顶端的直线度好，拼接的狭缝缝宽可小于1μm，有利于降低重离子微束的低能散射成分，产生的重离子束斑品质好，较好的实现了在重离子微束辐照装置中的应用。

Description

一种针孔准直器

技术领域

本发明涉及一种准直器，特别涉及一种针孔准直器。

背景技术

重离子微束辐照装置是一种将常规加速器产生的直径为毫米量级的重离子束斑通过准直或聚焦的方法限制到微米水平的辐照装置。作为一种独特的辐照方式，重离子微束辐照在微电子器件的单粒子效应机理、辐射生物学、材料学等方面的研究中有着广泛的应用前景。自上世纪80年代初期，世界各国就开始利用重离子微束辐照来研究单粒子效应，并在90年代以后得到了快速发展。到目前为止，国际上凡是有重离子加速器的国家，几乎无一例外地建立了重离子微束辐照装置，并开展了单粒子效应等方面的研究工作。例如，美国的海军研究实验室、圣地亚国家实验室、英国的牛津大学、日本的原子能研究所、德国的重离子研究所、意大利的核物理研究所、澳大利亚的墨尔本大学等均建有重离子微束辐照装置，开展了单粒子效应研究工作，并取得了重大成果。

目前，国际上已建的重离子微束辐照装置产生重离子微束的方法主要有两种：针孔准直法——利用开口尺寸为微米级的针孔准直器将通常直径几个毫米的加速器束流限制为微米级；聚焦法——利用电磁元件将通常直径几个毫米的加速器束流聚焦成微米级或亚微米级的重离子束。由于聚焦法存在设备投资高昂，聚焦效果受电磁元件聚焦能力的限制，对初始束流和设备的要求非常苛刻，束流调试较为困难等问题，因此，具有设备投资少，重离子质量和能量不受限制等优点的针孔准直法常常被采用。

采用针孔准直法的重离子微束辐照装置最关键的组件为针孔准直器，因为它直接决定了所产生的重离子微束的束点尺寸等最为关键的参数。现有的针孔准直器主要采用电火花加工（Φ<10μm以下）和激光加工（Φ<5μm）两种加工方法制成，但采用这两种加工方法制成的针孔准直器其针孔均非理想的圆柱形，而是漏斗型。如Newport公司的Φ1μm，厚12.5μm采用激光加工制成的针孔准直器，实际入口孔径为2.5μm，出口孔径为1μm。由于非理想的圆柱形针孔会使重离子产生严重的散射，令重离子峰总比显著降低，导致重离子微束中存在大量的低能散射成分，产生的重离子束斑过大，常大于针孔很多倍，往往不能满足应用要求。基于上述现状，为满足不断增长的应用需求，亟需对现有的针孔准直器加以改进。

发明内容

为解决现有针孔准直器存在的针孔形状不理想，使得重离子微束的低能散射严重，导致产生的重离子束斑过大，不能满足应用要求等问题，本发明提供了一种针孔准直器。

一种针孔准直器，包括上底衬、第一狭缝结构、第二狭缝结构和下底衬；所述第一狭缝结构和第二狭缝结构均由置于同一平面内的两片刃口相对的刀片构成，相对的刃口间留有狭缝，并要求刃口的厚度能够保证被准直物不会被透射；所述第一狭缝结构的两片刀片由上底衬固定在一起，所述第二狭缝结构的两片刀片由下底衬固定在一起；上底衬留有使得第一狭缝结构的部分狭缝不被遮挡的开口，下底衬留有使得第二狭缝结构的部分狭缝不被遮挡的开口；由上底衬和第一狭缝结构形成的整体结构与由下底衬和第二狭缝结构形成的整体结构叠置固定在一起，要求上底衬的开口与下底衬的开口对应在一起形成共同的开口，并使得第一狭缝结构的狭缝与第二狭缝结构的狭缝于上底衬与下底衬共同的开口中交叉形成针孔准直器的针孔。

所述刀片优选为不锈钢刀片。

所述置于同一平面内的两片刃口相对的刀片优选为由一片刀片截断为两片以获得。

所述置于同一平面内的两片刃口相对的刀片，其正面同向放置为优选。

上述针孔准直器的制备方法，其步骤如下：

1）刀片的磨制

首先，制备模具，要求该模具有两个面为平面且垂直相交，相交处形成直棱；将刀片固定在模具的一个平面上，并使刀片刃口顶端与所述直棱平行且略突出于该直棱；

将精密砂纸固定于平板上，而后将固定在一起的刀片和模具置于精密砂纸上，使得刀片与精密砂纸垂直且刀片刃口顶端与精密砂纸接触，控制模具与精密砂纸相对运动将刀片刃口顶端研磨至平整光洁，并要求刃口的厚度能够保证被准直物不会被透射；

2）狭缝结构的拼接

取两片按照步骤1）磨制好的刀片，将两片刀片置于同一平面内并且刃口相对，刃口间留有狭缝形成狭缝结构；然后将狭缝结构固定于带有开口的底衬上，并使得部分狭缝位于底衬的开口处而不被遮挡，得到由底衬和狭缝结构形成的整体结构；

3）组装

取两个按照步骤2）得到的由底衬和狭缝结构形成的整体结构，将它们叠置固定在一起，要求两底衬的开口对应在一起形成共同的开口，并使得两狭缝结构的狭缝于共同的开口中交叉形成针孔准直器的针孔。

本发明的针孔准直器刀片刃口顶端的直线度好，表面粗糙度Ra平均值可低至5nm，拼接的狭缝缝宽可小于1μm，有利于降低重离子微束的低能散射成分，而两片刃口相对的刀片由一片刀片截断获得以及正面同向放置的方式进一步降低了重离子微束的低能散射，产生的重离子束斑品质好，重离子束斑面积约2μm²，重离子微束能谱的峰总比大于95%，明显高于由现有针孔准直器获得的重离子微束能谱约为50%的峰总比，较好的实现了在重离子微束辐照装置中的应用。除此之外，由本发明的针孔准直器还可以作为其它辐射或粒子等的准直器加以应用。

附图说明

图1本发明的针孔准直器结构分解示意图；

图2本发明的针孔准直器的刀片结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例

一种针孔准直器，包括上底衬、第一狭缝结构、第二狭缝结构和下底衬；所述第一狭缝结构和第二狭缝结构均由置于同一平面内的两片刃口相对的刀片构成，相对的刃口间留有狭缝，并要求刃口的厚度能够保证被准直物不会被透射；所述第一狭缝结构的两片刀片由上底衬固定在一起，所述第二狭缝结构的两片刀片由下底衬固定在一起；上底衬留有使得第一狭缝结构的部分狭缝不被遮挡的开口，下底衬留有使得第二狭缝结构的部分狭缝不被遮挡的开口；由上底衬和第一狭缝结构形成的整体结构与由下底衬和第二狭缝结构形成的整体结构叠置固定在一起，要求上底衬的开口与下底衬的开口对应在一起形成共同的开口，并使得第一狭缝结构的狭缝与第二狭缝结构的狭缝于上底衬与下底衬共同的开口中交叉形成针孔准直器的针孔；所述刀片为不锈钢刀片；所述置于同一平面内的两片刃口相对的刀片由一片刀片截断为两片以获得，并且其正面同向放置。

本发明的针孔准直器的在束检验：

1.峰总比

采用本发明的针孔准直器对由加速器产生的能量为48MeV的³²S离子束流进行准直，以金硅面垒探测器测量准直后的³²S离子微束能谱，结果显示：³²S离子微束能谱的峰总比为95.2%，说明准直后的³²S离子微束的低能散射成分少，束流品质好。

2.重离子微束束斑面积

采用本发明的针孔准直器对由加速器产生的能量为48MeV的³²S离子束流进行准直，以准直后的³²S离子微束辐照塑料径迹探测器，对塑料径迹探测器进行化学蚀刻处理后，用扫描电镜寻找束斑并观察纪录束斑的分布情况，结果显示：³²S离子微束束斑的线性尺度为1.5μm×1.5μm，低能散射成分大约占5％，同样说明了准直后的³²S离子微束的低能散射成分少，束流品质好。

在微电子器件的单粒子效应机理研究方面的应用

采用本发明的针孔准直器（针孔的线性尺度为2μm×3μm）对由加速器产生的能量为145MeV的⁷⁹Br离子束流进行准直，用准直后的⁷⁹Br离子微束对预先写入数据的静态随机存储器（SRAM）样品进行逐点扫描辐照，通过测量单粒子翻转（SEU）与入射束流位置之间的关系（即SEU成像技术），确定了该存储器存储单元内部的SEU敏感区域的位置和面积。

结果显示：静态随机存储器（SRAM）样品发生单粒子翻转的敏感区域为反偏截止状态下的NMOS和PMOS区，测量结果精确性好，与权威数据一致，说明本发明的针孔准直器完全适用于微电子器件的单粒子效应机理研究。

Claims (3)

1.一种针孔准直器，其特征在于：包括上底衬、第一狭缝结构、第二狭缝结构和下底衬；所述第一狭缝结构和第二狭缝结构均由置于同一平面内的两片刃口相对的刀片构成，相对的刃口间留有狭缝，并要求刃口的厚度能够保证被准直物不会发生透射；所述第一狭缝结构的两片刀片由上底衬固定在一起，所述第二狭缝结构的两片刀片由下底衬固定在一起；上底衬留有使得第一狭缝结构的部分狭缝不被遮挡的开口，下底衬留有使得第二狭缝结构的部分狭缝不被遮挡的开口；由上底衬和第一狭缝结构形成的整体结构与由下底衬和第二狭缝结构形成的整体结构叠置固定在一起，要求上底衬的开口与下底衬的开口对应在一起形成共同的开口，并使得第一狭缝结构的狭缝与第二狭缝结构的狭缝于上底衬与下底衬共同的开口中交叉形成针孔准直器的针孔。

2.如权利要求1所述的针孔准直器，其特征在于：所述刀片为不锈钢刀片。

3.如权利要求1所述的针孔准直器，其特征在于：所述置于同一平面内的两片刃口相对的刀片为由一片刀片截断为两片以获得。