Short focal-length compound refractive lenses for x-rays

We have fabricated and tested short focal-length compound refractive lenses (CRLs) composed of micro-bubbles embedded in epoxy. The bubbles were formed in epoxy inside glass capillaries. The interface between the bubbles formed 90 to 196 spherical bi-concave microlenses reducing the overall focal length inversely by the number of lenses. When compared with CRLs manufactured using other methods, the micro-bubble lenses have shorter focal lengths with higher transmissions and gains for moderate energy x-rays (e.g. 7 – 12 keV). We used beamline 2-3 at the Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL) to measure focal lengths between 100-150 mm and absorption apertures between 90 to 120 µm. Transmission profiles were measured giving, for example, a peak transmission of 27 % for a 126-mm focal length CRL at 8 keV. The focal-spot sizes were also measured yielding, for example, an elliptical spot of 5 x 14-µm2 resulting from an approximate 80-fold demagnification of the 0.44 x 1.7 mm2 source. The measured gains in intensity over that of unfocused beam were between 9 and 26. Theoretical gain calculations that include spherical aberrations show that these values are reasonable. The micro-bubble technique opens a new opportunity for designing lenses in the 8-9 keV range with focal lengths less than 30-40 mm

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ПОДЛОЖЕК И ПОТЕНЦИАЛА СМЕЩЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Ti–Al–C–N ПОКРЫТИЙ

Ti–Al–C–N coatings were produced by reactive magnetron deposition at different substrate temperatures Ts (220, 340 and 440 °C) and bias voltages Ubias (–90, –150 and –200 V). Using the energy dispersive X-ray spectroscopy method, it was found that the increase of the bias voltage led to a growth of argon atomic concentration and the (Al + Ti) / (Ti + N) ratio and to a decrease of the trace oxygen concentration in Ti–Al–C–N coatings. The growth of Ts promoted a decrease in the oxygen concentration. By means of scanning electron microscopy, a change in the type of the microstructure (columnar, granular and mixed columnar-granular) of coatings by varying Ts and Ubias was found. Electrophysical measurements showed the change of the film resistivity (1982–3169 μΩ · cm) when the deposition conditions were varied. The solar absorptance αs was varied from 0.24 to 0.54, the emittance ε was varied from 0.33 to 0.52, and the αs / ε ratio was varied from 0.60 to 1.44 by changing Ts and Ubias. The obtained results indicate the opportunity to vary the Ti–Al–C–N films electrophysical and optical characteristics by choosing optimal substrate heating temperature and bias voltage.Покрытия Ti–Al–C–N формировались методом реактивного магнетронного осаждения при различных температурах нагрева Ts (220, 340 и 440 °C) и потенциалах смещения Uсм (–90, –150 и –200 В) на подложке. Методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии установлено, что повышение Uсм приводит к увеличению атомарной концентрации аргона и соотношения (Al + Ti) / (Ti + N) и уменьшению концентрации кислорода в составе покрытий Ti–Al–C–N, а повышение Ts способствует уменьшению фоновой концентрации кислорода. С помощью растровой электронной микроскопии зафиксирована смена типа структуры покрытий (столбчатая, зернистая и смешанная столбчато-зернистая) при изменении Ts и Uсм. Электрофизические измерения показали изменение удельных сопротивлений пленок в пределах от 1982 до 3169 мкОм · см при изменении технологических условий осаждения. При варьировании Ts и Uсм коэффициенты солнечного поглощения αs менялись в пределах от 0,24 до 0,54, излучения – от 0,33 до 0,52, и соотношения αs / ε – от 0,60 до 1,44. Полученные результаты свидетельствуют о возможности варьирования электрофизических и оптических характеристик пленок Ti–Al–C–N путем выбора оптимальных условий их формирования – температуры нагрева подложки и потенциала смещения

Формирование фотоприемных структур ИК-диапазона путем пересыщения кремния теллуром

The Si layers doped with Te up to the concentrations of (3–5)1020 cm–3 have been formed via ion implantation and pulsed laser melting. It is found, 70–90 % of the embedded impurity atoms are in substitution states in the silicon lattice. These layers have revealed significant absorption (35–66 %) in the wavelength λ range of 1100–2500 nm. In this case, the absorption coefficient increases with the λ growth. The absorption spectra of the implanted layers after pulsed laser melting, equilibrium furnace annealing, and rapid thermal annealing have been compared. It is shown that equilibrium furnace annealing increases the photon absorption by 4 % in the wavelength range of 1100–2500 nm in comparison with virgin Si. After rapid thermal annealing, the photon absorption in the IR-range increases only by 2 %.Слои кремния, легированные теллуром до концентраций (3–5)1020 см–3, получены ионной имплантацией с последующим импульсным лазерным отжигом. Показано, что 70–90 % внедренной примеси находится в позиции замещения в решетке кремния. Слои, гиперпересыщенные теллуром, проявляют существенное поглощение (35–66 %) в области длин волн 1100–2500 нм, причем коэффициент поглощения увеличивается с ростом длины волны. Проведено сравнение спектров поглощения имплантированных слоев после лазерного отжига, а также после равновесного и быстрого термического отжигов. Показано, что равновесный отжиг после имплантации ионов теллура увеличивает поглощение фотонов в области длин волн 1100–2500 нм на 4 % по сравнению с неимплантированным кремнием. После быстрого термического отжига поглощение в ИК-области возрастает лишь на 2 %

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК КРЕМНИЯ, ОСАЖДАЕМЫХ МАГНЕТРОННЫМ РАСПЫЛЕНИЕМ

The surface morphology and optical properties of Si coatings formed by magnetron sputtering were studied using atomic force microscopy, scanning electron microscopy, and spectrophotometry methods. The possibility to influence the surface morphology of coating (filamentous structures and/or round holes) and the location of maxima and minima in reflectance and transmittance via a controllable variation of magnetron sputtering regimes (substrate temperature and bias potential) is shown. Методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии, а также спектрофотометрии исследованы морфология поверхности и оптические характеристики тонких Si-покрытий, сформированных методом магнетронного распыления. Показано, что при контролируемой вариации технологических параметров магнетронного распыления таких, как температура подложки и потенциал смещения, можно менять морфологию поверхности пленок Si. Для некоторых режимов осаждения обнаружено появление на поверхности нитевидных структур и/или круглых углублений, изменения положения минимумов и максимумов в оптических спектрах отражения и пропускания.

Influence of Annealing on the Dielectric Properties of Zn-SiO₂/Si Nanocomposites Obtained in “Hot” Implantation Conditions

This paper presents the results of AC electrical measurements of Zn-SiO2/Si nanocomposites obtained by ion implantation. Implantation of Zn ions was carried out into thermally oxidized p-type silicon substrates with energy of 150 keV and fluence of 7.5 × 1016 ion·cm−2 at a temperature of 773 K, and is thus called implantation in “hot” conditions. The samples were annealed in ambient air for 60 min at 973 K. Electrical measurements of Zn-SiO2/Si nanocomposites were carried out before and after annealing. Measurements were performed in the temperature range from 20 K to 375 K. The measurement parameters were the resistance Rp, the capacitance Cp, the phase shift angle θ and the tangent of loss angle tanδ, as a function of the frequency in the range from 50 Hz to 5 MHz. Based on the characteristics σ(f) and the Jonscher power law before and after sample annealing, the values of the exponent s were calculated depending on the measurement temperature. Based on this, the conductivity models were matched. Additionally, the real and imaginary parts of the dielectric permittivity were determined, and on their basis, the polarization mechanisms in the tested material were also determined