微米级束流分布的测试方法及装置转让专利
申请号 : CN202110010462.1
文献号 : CN112835091B
文献日 : 2021-11-02
发明人 : 孙浩翰 , 郭刚 , 刘建成 , 许谨诚 , 沈东军 , 史淑廷 , 惠宁
申请人 : 中国原子能科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种微米级束流分布的测试方法,包括:对固体径迹探测器的表面进行坐标标记,沿预设方向在所述表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,记录各区域的坐标位置;
根据所述坐标位置,采用微束束流照射所述至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,其中,照射后,沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向,各区域中束斑的尺寸依次递减;
对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀,将所述微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布;
根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑,统计所述目标束斑的二维分布。
2.根据权利要求1所述的测试方法,其中,所述对固体径迹探测器的表面进行坐标标记,沿预设方向在所述表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,包括:
从所述表面的边缘至内部或内部至边缘沿预设方向依次标注所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域。
3.根据权利要求1所述的测试方法,其中,利用准直显微镜对塑料径迹探测器固体径迹探测器的表面进行坐标标记。
4.根据权利要求1所述的测试方法,其中,所述根据所述坐标位置,采用微束束流照射所述至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,包括:沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向,依次选用尺寸依次递减的微束束流照射所述至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。
5.根据权利要求1所述的测试方法,其中,所述根据坐标位置,采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,包括:沿所述目标束斑阵列区域指向所述基准区域的方向,依次选用尺寸依次递增的微束束流照射所述目标束斑阵列区域及至少一个定位束斑阵列区域。
6.根据权利要求1所述的测试方法,其中,所述对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀,包括:
采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。
7.根据权利要求6所述的测试方法,其中,根据所述微束束流对应的离子种类及能量大小确定所述氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。
8.根据权利要求1所述的测试方法,其中,所述根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑,包括:使用扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜定位所述目标束斑,包括:在扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜的视野中确定所述基准区域的位置;
基于确定的所述基准区域的位置,沿所述预设方向依次寻找所述至少一个定位束斑阵列区域的位置;
基于所述至少一个定位束斑阵列区域的位置,继续沿所述预设方向寻找所述目标束斑的位置。
9.根据权利要求1所述的测试方法,其中,所述统计所述目标束斑的二维分布,包括:统计所述目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性。
10.根据权利要求1所述的测试方法,其中,采用百微米至数百微米级的针孔标记所述基准区域。
11.根据权利要求1‑10任一项所述的测试方法,其中,所述固体径迹探测器选择塑料径迹探测器。
12.根据权利要求11所述的测试方法,其中,采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯或树脂制作所述塑料径迹探测器。
13.一种微米级束流分布的测试装置,包括:样品平台(1),用于承载固体径迹探测器(2),以带动所述固体径迹探测器(2)移动;
标定装置(3),用于对固体径迹探测器的表面进行坐标标记,沿预设方向在所述表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,记录各区域的坐标位置;
微束束流发射器(4),用于发射微束束流;
针孔平台(5),用于在所述样品平台(1)根据所述坐标位置带动所述固体径迹探测器(2)移动过程中,采用不同尺寸针孔对所述微束束流限束后照射所述至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,其中,照射后,沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向,各区域中束斑的尺寸依次递减;
刻蚀装置,用于对微束束流照射后的固体径迹探测器(2)的表面进行刻蚀,将所述微束束流的分布转化为固体径迹探测器(2)表面上离子径迹的分布;
观测装置,用于根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑,统计所述目标束斑的二维分布。
14.根据权利要求13所述的测试装置,其中,所述标定装置(3)从所述固体径迹探测器(2)表面的边缘至内部或内部至边缘沿预设方向依次标注所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域的坐标。
15.根据权利要求13所述的测试装置,其中,所述标定装置(3)包括准直显微镜。
16.根据权利要求13所述的测试装置,其中,在所述针孔平台(5)上依次选用尺寸依次递减的针孔对所述微束束流发射器(4)发射的微束束流照进行限束后,沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向,依次照射所述至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。
17.根据权利要求13所述的测试装置,其中,在所述针孔平台(5)上依次选用尺寸依次递增的针孔对所述微束束流发射器(4)发射的微束束流照进行限束后,沿所述目标束斑阵列区域指向所述基准区域的方向,依次照射所述目标束斑阵列区域至至少一个定位束斑阵列区域。
18.根据权利要求13所述的测试装置,其中,所述刻蚀装置采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。
19.根据权利要求18所述的测试装置,其中,所述刻蚀装置根据所述微束束流对应的离子种类及能量大小选择所述氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。
20.根据权利要求13所述的测试装置,其中,所述观测装置包括扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜;
所述观测装置根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑,包括:在所述观测装置的视野中确定所述基准区域的位置;
基于确定的所述基准区域的位置,沿所述预设方向依次寻找所述至少一个定位束斑阵列区域的位置;
基于所述至少一个定位束斑阵列区域的位置,继续沿所述预设方向寻找所述目标束斑的位置。
21.根据权利要求13所述的测试装置,其中,所述观测装置统计所述目标束斑的二维分布,包括:
统计所述目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性。
22.根据权利要求13所述的测试装置,其中,通过百微米至数百微米级的针标记所述基准区域。
23.根据权利要求13‑22任一项所述的测试装置,其中,所述固体径迹探测器(2)包括塑料径迹探测器。
24.根据权利要求23所述的测试装置,其中,所述塑料径迹探测器包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯或树脂。
说明书 :
微米级束流分布的测试方法及装置
技术领域
背景技术
小区域内对电子器件进行扫描。宽束技术主要在宏观上评估器件在空间辐射环境中对单粒
子效应的敏感性,而微束技术可用于分析器件敏感区的具体位置分布,更有利于从微观上
研究单粒子效应机理。目前,国际上许多实验室和研究中心均建有重离子微束装置,常用于
单粒子效应研究的主要有针孔微束和聚焦型微束装置。
直接用ZnS荧光屏、闪烁体探测器或者径迹探测器测量得到。但微束的束斑极小,目前国内
外的实验室已达到微米和亚微米量级,使用上述所述的探测器对微米级束斑进行有效地测
量存在很大的技术难度。微束束斑尺寸的测量可以采用在线扫描锋利刀口表面的方法,但
是该方法是使用探测器间接测量,不能直观地体现束斑的二维分布情况。
发明内容
目标束斑阵列区域,记录各区域的坐标位置;根据坐标位置,采用微束束流照射至少一个定
位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,其中,照射后,沿基准区域指向目标束斑阵列区域的
方向,各区域中束斑的尺寸依次递减;对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻
蚀,将微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布;根据基准区域、至少
一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位目标束斑阵列区域中的目标束斑,统计目标束
斑的二维分布。
缘至内部或内部至边缘沿预设方向依次标注基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标
束斑阵列区域。
尺寸依次递减的微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。
尺寸依次递增的微束束流照射目标束斑阵列区域及至少一个定位束斑阵列区域。
定位目标束斑,包括:在扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜的视野中确定基准区域的位
置;基于确定的基准区域的位置,沿预设方向依次寻找至少一个定位束斑阵列区域的位置;
基于至少一个定位束斑阵列区域的位置,继续沿预设方向寻找目标束斑的位置。
行坐标标记,沿预设方向在表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束
斑阵列区域,记录各区域的坐标位置;微束束流发射器,用于发射微束束流;针孔平台,用于
在样品平台根据坐标位置带动固体径迹探测器移动过程中,采用不同尺寸针孔对微束束流
限束后照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,其中,照射后,沿基准区域指
向所述目标束斑阵列区域的方向,各区域中束斑的尺寸依次递减;刻蚀装置,用于对微束束
流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀,将所述微束束流的分布转化为固体径迹探测
器表面上离子径迹的分布;观测装置,用于根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域
在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑,统计所述目标束斑的二维分
布。
域。
次照射至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。
次照射目标束斑阵列区域至至少一个定位束斑阵列区域。
域中的目标束斑,包括:在观测装置的视野中确定基准区域的位置;基于确定的基准区域的
位置,沿预设方向依次寻找至少一个定位束斑阵列区域的位置;基于至少一个定位束斑阵
列区域的位置,继续沿预设方向寻找目标束斑的位置。
有潜径迹的固体径迹探测器的表面进行化学刻蚀,使得照射区域在化学试剂中产生更大的
孔径,通过化学刻蚀将孔径尺寸控制至可观测大小,微束束流的分布转化为固体径迹探测
器表面上离子径迹的分布,从而可直观地获得微束离子入射的位置和径迹。
→中尺寸→小尺寸过渡的定位方法,从厘米量级逐渐过渡到微米量级,依次来寻找最小目
标束斑的位置,从而极大地降低了直接在固体径迹探测器寻找微米级束斑的难度,进而提
升了后期数据处理的效率。
附图说明
具体实施方式
纳米,难以直接观测。但由于被辐照区域的化学活性更强,因此经过化学蚀刻后,损伤区域
会在化学试剂中产生更大的孔径。通过选择不同的蚀刻溶液浓度、蚀刻温度和蚀刻时间等
条件,可以将孔径尺寸控制至可观测大小,从而记录下离子入射的位置和径迹。因此,本公
开实施例将固体径迹探测器创新性地应用到微束实验中,以解决在厘米级的径迹探测器中
找到微米级微束束斑的关键问题,可以获得束斑内所有离子入射点的分布,从而直观得获
得束斑的二维分布。下面以具体实施例进行详细说明。
斑阵列区域及目标束斑阵列区域标记的尺寸依次递减的方式是为了构建由大尺寸→中尺
寸→小尺寸过渡的定位方法。
探测器,其形状可以为任意形状,例如可以选择圆形。
表面的边缘至内部沿预设方向依次标注基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑
阵列区域,也可以是从固体径迹探测器表面的内部至边缘沿预设方向依次标注基准区域、
至少一个束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,具体方向,本公开不做限制,可根据实际操作
的条件限制选取,一般能够保证基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑沿一方
向依次排列在固体径迹探测器表面即可。
区域指向目标束斑阵列区域的方向,定位束斑阵列区域的标记尺寸依次减小,这样后续经
过微束束流照射后区域内形成的束斑尺寸依次减小。本公开实施例优选两个定位束斑阵列
区域的数量。下面结合图2进行详细介绍。
其中,第一束斑阵列区域(B)、第二束斑阵列区域(C)为定位束斑阵列区域。
通针直接在固体径迹探测器表面形成印记,也可以采用其它注入激光标记的方式在固体径
迹探测器表面形成印记,本公开不做限制。
(l1)固定,目的是初步降低寻找目标束斑的难度。
的距离(l2)也固定,目的是进一步降低寻找目标束斑的难度。
寸依次递减的微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。
尺寸依次递增的微束束流照射目标束斑阵列区域至至少一个定位束斑阵列区域。
域采用小尺寸的微束束流照射。例如,第一束斑区域的束斑的直径为100微米,则可以采用
100微米的微束束流照射,第二束斑区域的束斑的直径为30微米,则可以采用30微米的微束
束流照射,目标区域的束斑的直径为几微米,则可以采用几微米的微束束流照射。
尺寸的微束束流照照射对应的区域,也即依次执行操作S303~操作S301。需要说明的是,各
区域被束流照射的顺序不仅限于依次执行操作S301~操作S303或依次执行操作S303~操
作S301,也可以是任意顺序,只需保证微束束流的尺寸与各区域的尺寸对应即可。本公开实
施例优选依次执行操作S301~操作S303或依次执行操作S303~操作S301,这样的照射方法
利于更换不同尺寸的针孔,操作方便。
也即需要根据微束束流对应的离子种类及能量大小确定氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀
的时间、温度。例如,使用140MeV的S离子辐照PET膜后,需要使用浓度6mol/L的NaOH溶液在
60℃恒温下蚀刻10min。
束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布。
但之前做好的基准区域和一系列用于定位的定位束斑阵列区域(第一束斑区域及第二束斑
区域)却可以逐级确定。
确定的基准区域的位置,沿预设方向依次寻找至少一个定位束斑阵列区域的位置;基于至
少一个定位束斑阵列区域的位置,继续沿预设方向寻找所述目标束斑的位置。
确切位置。
器寻找微米级束斑的难度,进而提升了后期数据处理的效率。
内孔径个数较少,可以通过人工计数方式进行统计。如果束斑内孔径个数较多,可以通过
ImageJ等图像处理软件进行自动统计。
动固体径迹探测器2移动实现不同位置的标记以照射。
位置。
其中,照射后,沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向,各区域中束斑的尺寸依次递减;
刻蚀装置(图中未示出),用于对微束束流照射后的固体径迹探测器2的表面进行刻蚀,将微
束束流的分布转化为固体径迹探测器2表面上离子径迹的分布。
任意形状,例如可以选择圆形。
表面的边缘至内部沿预设方向依次标注基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑
阵列区域,也可以是从固体径迹探测器表面的内部至边缘沿预设方向依次标注基准区域、
至少一个束斑阵列区域及目标束斑阵列区域,具体方向,本公开不做限制,可根据实际操作
的条件限制选取,一般能够保证基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑沿一方
向依次排列在固体径迹探测器表面即可。
区域指向目标束斑阵列区域的方向,定位束斑阵列区域的标记尺寸依次减小,这样后续经
过微束束流照射后区域内形成的束斑尺寸依次减小。本公开实施例优选两个定位束斑阵列
区域的数量。下面结合图2进行详细介绍。
第一束斑阵列区域、第二束斑阵列区域及目标束斑。
通针直接在固体径迹探测器表面形成印记,也可以采用其它注入激光标记的方式在固体径
迹探测器表面形成印记,本公开不做限制。
定,目的是初步降低寻找目标束斑的难度。
置的距离也固定,目的是进一步降低寻找目标束斑的难度。
射微束束流,通过针孔平台3不同尺寸的针孔对微束束流进行限束,以改变微束束流的尺
寸,以选择不同尺寸微束束流照射基准区域、第一束斑阵列区域、第二束斑阵列区域及目标
束斑阵列区域。具体地,可以首先以第一尺寸的微束束流照射第一束斑阵列区域,再以第二
尺寸的微束束流照射第二束斑阵列区域,最后一第三尺寸的微束束流照射目标束斑阵列区
域。
寸的束斑区域采用小尺寸的微束束流照射。例如,第一束斑区域的束斑的直径为100微米,
则可以采用100微米的微束束流照射,第二束斑区域的束斑的直径为30微米,则可以采用30
微米的微束束流照射,目标区域的束斑的直径为几微米,则可以采用几微米的微束束流照
射。
的微束束流照照射对应的区域,还可以是任意顺序,只需保证微束束流的尺寸与各区域的
尺寸对应即可。
量均有关,也即需要根据微束束流对应的离子种类及能量大小确定氢氧化钠溶液的浓度及
化学刻蚀的时间、温度。例如,使用140MeV的S离子辐照PET膜后,需要使用浓度6mol/L的
NaOH溶液在60℃恒温下蚀刻10min。
的束斑在显微镜视野中也比较容易寻找。
确切位置。
统计,如果束斑内孔径个数较少,可以通过人工计数方式进行统计。如果束斑内孔径个数较
多,可以通过ImageJ等图像处理软件进行自动统计。
阵中某一个束斑内的孔径个数分布的扫描结果图。
端为目标辐照点阵。通过ImageJ对图7分析可得,该束斑的大小约为2.7×4.1μm。
从而可直观地获得下微束离子入射的位置和径迹(如图6所示)。利用大尺寸→中尺寸→小
尺寸过渡的定位方法,从厘米量级逐渐过渡到微米量级,依次来寻找最小目标束斑的位置,
快速实现在厘米级的径迹探测器中找到微米级微束束斑,进而获得目标束斑的二维分布
(如图7所示)。
在本公开的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保
护范围之内。