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5. Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)在未來X射線技術發展中潛力
文章導讀
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)是現代X射線奈米(Nano)分析技術中具創新突破性X ray光學元件，廣泛應用於X射線顯微成像、同步輻射技術和奈米級X光精密分析。其高分辨率與高數值孔徑(NA)特性，使其成為半導體製造、材料科學與生物醫學影像技術的重要工具。能夠實現納米級別光束聚焦，提升X射線成像與納米分析解析度。本文將探討Multilayer Laue Lenses基本原理、製造技術，以及它在半導體、奈米分析科技、材料科學與生物醫學中應用。
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)是一種基於多層薄膜的X射線透鏡，透過布拉格衍射效應，能將X射線聚焦至納米級分析精度。這項技術適用於高解析度成像與微區分析，廣泛應用於各種硬線X ray光源與同步輻射光源及先進材料分析。
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)核心特性
- 納米級X射線聚焦：提供數10納米(nm)甚至更小光束尺寸。
- 高效率X射線透射：相比傳統Fresnel Zone Plates透鏡，Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)能夠提供更高透過率與成像對比度。
- 高精度層狀結構：由數千層交替的材料構成，確保最佳X射線衍射效果。
2. Multilayer Laue Lenses製造技術與光學原理
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)主要透過精密薄膜沉積技術製造，使用交替層狀材料來實現最佳光學特性。
製造技術
- 磁控濺射與電子束蒸鍍：確保高精度層厚控制，實現最佳X射線衍射效果。
- 離子束修整技術：提高鏡片品質，確保X射線能量最大傳輸。
光學原理
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)基於Laue布拉格衍射效應，透過不同層材料折射率變化，引導X射線光束至焦點區域，形成極窄的高強度光束，可提供高解析度的X射線顯微影像，應用於半導體製程與生物影像研究。
3. Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)在X射線技術中應用
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)的精準聚焦特性，使其在多個X射線應用領域中佔據重要地位，尤其在硬X ray 射線(Hard X ray)具有優異的表現，可與任何現有的X ray光源一起工作，如:固定陽極(W,Rh,Cu..靶材)、旋轉陽極、奈米管(nano X ray tube)、金屬噴射(Metal-jet)X光源和同步加速器等X ray 光源。
主要應用領域
- 半導體與奈米技術：可應用於奈米級非破壞結構檢測中，可提供高解析度檢測晶片內部結構影像分析，提升奈米級電路檢測能力，如提升X射線顯微影像納米(Nano)解析度。
- 同步輻射光源：應用於X射線顯微成像，提高對微區域材料的觀測奈米解析度，提升同步輻射光源的成像能力。
- 材料科學：在奈米級材料分析研究中，分析金屬與複合材料的微觀結構表徵進行精確解析，支援先進製造。
- 生物醫學：細胞與蛋白質結構分析，推動生物成像與藥物研發。
與傳統光學透鏡或Fresnel透鏡相比，多層勞厄透鏡(Multilayer Laue Lenses)具備明顯優勢：
5. Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)在未來X射線技術發展中潛力
隨著X射線技術的不斷進步，Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)奈米(nm)應用前景持續擴大，可與μX ray tube(微焦點X光管)整合，依實驗需求與技術邊界條件相協調，μX ray tube(微焦點X光管)的配備可自訂光學元件，具有顯著優勢，例如優化X光源光學元件耦合，以實現最佳光子收集立體角，以及主動冷卻，以實現最大化功率負載。另外，它還具有高穩定性和低維護成本，因為 X 光管是依應用預先設計對準的，客戶可以輕鬆更換(通常無需上門維修)。每個光源系統的設計都是為了滿足使用者在光束幾何形狀、光譜純度和光子通量方面需求。如有必要，可透過高曲率精度光學元件，或成熟的、靈活設計標準曲率精度光學元件進一步突破極限。適用於硬線X ray(Hard line)的能量波長。
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)具有大的工作距離，使用方式與菲涅耳區板 (Fresnel zone plates) 同樣簡便，但在硬 X 射線應用上提供了更高的衍射效率(higher diffraction efficiencies)。特別是在同步輻射光束線(synchrotron beamlines)中，可以進行解析度低於30 nm 的 X 射線納米衍射(X-ray nanodiffraction)。透過Multilayer Laue Lenses可以繪製 TiN-SiOx 薄膜等材料的晶體結構紋理與應力狀態，或利用如此微小的光束尺寸進行 X 射線顯微成像 (X-ray Microscopy) 與納米XRF分析(Nano-XRF)。
多層勞厄透鏡安裝應用場景(安裝於18KeV，ESRF, ID13
透過Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)獲得到標準品(西門子星形)高解析度影像
在半導體先進製程不斷的縮小至成尺寸，光學檢測無法滿足在製程上量測的需求，已邁向X ray檢測量測，X ray具有非破壞可獲得材料結構，成分，晶相，厚度等重要訊息，當量測尺寸越小時，X光源的規格與品質要求越嚴苛，透過X ray光學元件對X ray光源進行各種量測應用的優化將是重要課題，而X ray量測與檢測上未來的發展趨勢主要應用於:
- 提升光學材料品質：開發新型高穩定性薄膜材料，提高透鏡效率。
- 優化製造技術：提升薄膜堆疊精度，減少誤差，提高光束控制能力。
- 拓展應用場域：進一步應用於X射線相位成像、非破壞性測試等新興技術領域。
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)作為X射線奈米(Nano)光學技術的重大突破，已在同步輻射、材料科學、奈米技術與生物醫學領域發揮關鍵作用。隨著技術的進步，Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)將成為未來高解析度X射線檢測與成像的核心技術，推動科學研究與工業應用的進步。
Multilayer Laue Lenses(多層勞厄透鏡)-突破傳統限制，提升X ray奈米級分析能力
為應對超微小尺寸材料分析的需求，能邁科技不僅提供X射線光學元件，還擴展到專用微焦點X射線源，協調實驗需求與技術邊界，以最大化每個光子的利用。
- 客製化光學系統：配備可調式光學元件，優化光子收集效率。
- 高效光子利用：精確與X ray光源的光學耦合設計，提升光子通量與光束穩定性。
- 主動冷卻技術：增強系統穩定性，確保最大功率輸出並降低維護需求。
- 易於維護：X光管預先對準，客戶可自行更換，無需專業技術人員上門維修。
光學元件設計–突破X ray極限
- 高曲率精度光學元件：提供更高的聚焦精度，提升影像解析度。
- 標準曲率精度光學元件：成熟設計，適應多樣應用需求。
能邁科技致力於推動X射線技術的創新，獨家代理德國具有超過２０年為學術界和工業界開發和製造客戶量身定制的X射線光學元件和完整的實驗解決方案製造廠家，透過在設計和優化階段與客戶的密切合作，提供針對特定需求的最佳設置，除在X ray納米(Nano)分析外，還涵蓋廣泛的X ray量測分析應用，包括X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）、X射線螢光（X-ray fluorescence，XRF）、 X射線散射(X-ray scattering)、X射線反射儀(X-ray reflectometry)、X射線顯微鏡(X-ray microscopy，XRM)以及同步加速器(synchrotrons)、自由電子雷射(free electron lasers)和其他大型研究設施的單色儀(monochromators)和光束整形器件(beam shaping optics)。
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