全反射相关的X射线荧光分析技术及其应用

论文摘要

基于X射线全反射现象,在常规X射线荧光分析的基础上成功研制了用于薄膜多层膜元素深度分布研究和微结构表征的掠入射X射线荧光（GI-XRF）分析系统及掠出射X射线荧光（GE-XRF）分析系统。两套分析系统均为国内首台。建立了GI-XRF和GE-XRF分析系统的评测方法,并应用两种分析系统对多种类型薄膜进行了微结构分析。 用GaAs晶片作标准样品对GI-XRF分析零度角测量方法进行了评测,结果显示,用远距离狭缝确定的零度角是准确的。用Ge晶片对GI-XRF分析系统进行了评测,结果显示,系统设计合理,稳定性高,重复性好,能够满足GI-XRF分析的要求。分析平台拆装简单,可以多维调节,既适用于常规光源也适用于同步辐射光源。标称结构为[Si（substrate）/Ru（50A）/NiFe（40A）/IrMn（120A）/CoFe（40A）/Ru（21A）/CoFeB（40A）/Ru（50A）]磁性隧道结多层膜的GI-XRF分析结果显示GI-XRF分析系统具有较高的深度分辨能力。 用GI-XRF分析方法研究了三种典型厚度Ta缓冲层的和两种厚度Bi插入层的、不同热处理状态的FePt系列薄膜的元素深度分布及微结构特征,结合磁性能的测试分析,揭示了磁性能变化的微结构原因。并结合XRR分析方法对三种典型厚度Ta缓冲层的FePt系列薄膜500℃退火后的GI-XRF曲线进行了定量拟合计算。在Ta层或Bi层上溅射制备FePt层时部分非晶的Ta或Bi原子向FePt中发生了扩散,并在靠近FePt层上表面的区域形成了一个Ta或Bi原子含量相对较高的层。较薄的Ta层退火过程中Ta原子向FePt层中发生了明显的扩散。Bi层在退火过程中甚至发生了从FePt下层到FePt上表面区的翻转。退火过程中Ta或Bi原子在FePt层中的扩散过程以及FePt层中引入一定量的Ta或Bi杂质原子对于FePt薄膜磁性能的优化及有序化转变都大有好处。 用GaAs晶片作标准样品对GE-XRF分析系统进行了评测,结果显示,系统

论文目录

• 原创性声明
• 关于学位论文使用授权的声明
• 摘要
• Abstract
• 第一章、引言
• 1.1 概要
• 1.2 常规X射线荧光分析（X-Ray Fluorescence，XRF）简介
• 1.2.1 XRF分析基本原理
• 1.2.2 X射线源
• 1.2.3 X射线与物质的相互作用
• 1.2.4 XRF分析常用的两种探测方式
• 1.2.5 XRF分析误差和最低探测极限
• 1.2.6 新型X射线荧光技术发展的必要性
• 1.3 X射线全反射
• 1.3.1 X射线全反射现象
• 1.3.2 X射线全反射的特点
• 参考文献
• 第二章、掠入射X射线荧光分析技术（GI-XRF）
• 2.1 掠入射X射线荧光技术发展概述
• 2.2 GI-XRF分析理论
• 2.2.1 理想表面界面的多层膜X射线荧光强度的计算
• 2.2.2 非理想表面界面的多层膜X射线荧光强度的计算
• 2.3 GI-XRF分析平台系统
• 2.3.1 单色器
• 2.3.2 双狭缝系统
• 2.3.3 样品平台
• 2.3.4 零角度探测系统
• 2.3.5 探测器
• 2.3.6 多道脉冲高度分析器
• 2.4 GI-XRF分析系统性能评测
• 2.4.1 零角度探测方法验证
• 2.4.2 GI-XRF分析系统稳定性
• 2.4.3 GI-XRF分析系统的深度分辨能力评测
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章、用 GI.XRF分析方法研究Ta、Bi在 FePt薄膜中的扩散行为
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 不同厚度Ta缓冲层对FePt薄膜磁性能的影响
• 3.3.2 三种典型厚度Ta缓冲层的FePt系列薄膜
• 3.3.3 在Ta和FePt层中间加入不同厚度Bi层的 FePt系列薄膜
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章、掠出射X射线荧光分析技术（GE-XRf）
• 4.1 引言
• 4.2 GE-XRF分析理论
• 4.3 GE-XRF分析实验装置
• 4.4 GE-XRF分析平台性能评测实验
• 4.4.1 元素特征荧光谱线强度比的“非特征”变化
• 4.4.2 GE-XRF实验零度角的标定
• 4.4.3 GE-XRF分析方法的可靠性实验
• 4.4.4 GE-XRF分析系统的角度分辨能力
• 4.5 GE一XRF在薄膜分析中的应用
• 4.5.1 样品制备
• 4.5.2 实验结果及讨论
• 4.6 小结
• 参考文献
• 第五章 总结
• 发表的文章
• 致谢