同步輻射碳污染光學(xué)元件清洗研究.pdf

1、同步輻射裝置中的光學(xué)元件在一段時(shí)間使用后表面會(huì)被污染。隨著同步輻射能量的提高，這種現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。經(jīng)研究，表面污染物的主要成份是碳，結(jié)構(gòu)為石墨型。這層污染物會(huì)導(dǎo)致通過光學(xué)元件光通量的損失，同時(shí)增加表面雜散光。高于碳吸收邊能量(約280eV)的射線被極大吸收，導(dǎo)致無法利用這部分同步輻射。為了使受污染的光學(xué)元件性能得到恢復(fù)，國內(nèi)外研究了很多清洗技術(shù)，取得了一定效果。但是這些技術(shù)需要額外的輔助裝置，同時(shí)會(huì)帶來二次污染。本文研究了利用同步輻射活

2、化氧對(duì)受污染處進(jìn)行清洗，實(shí)現(xiàn)了污染和清洗都使用同一束光。該清洗方法不需要設(shè)計(jì)其他裝置，是真正意義上的原位清洗。該技術(shù)操作簡便，清洗完后無需對(duì)光束線進(jìn)行烘烤。論文主要分以下幾個(gè)部分： 1.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制本文中闡明了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。該系統(tǒng)有以下幾個(gè)功能：(1)實(shí)現(xiàn)差分功能，滿足與光束線連接的真空要求；(2)樣品安放功能；(3)系統(tǒng)中各氣體分壓測(cè)量功能；(4)完成氧氣在同步輻射下分解研究；(5)完成清洗研究。 在研制過程中，從

3、真空和機(jī)械兩個(gè)方面考慮，同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)安放場(chǎng)地空間進(jìn)行設(shè)計(jì)。完成后的系統(tǒng)符合實(shí)驗(yàn)要求，達(dá)到各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。 此外，完成了差分系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序化，使得差分管設(shè)計(jì)變得簡便，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。 2.同步輻射下氧氣分解研究同步輻射活化氧技術(shù)采用純氧作為原始清洗氣體。氧氣在同步輻射下分解產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性物質(zhì)(O和O<,3>)與污染物反應(yīng)，并生成氣態(tài)物質(zhì)而脫離光學(xué)元件表面達(dá)到清洗目的。因此對(duì)該部分的研究十分重要的。 氧氣在同步輻射下分

4、解產(chǎn)生的主要物質(zhì)為O和O<,3>。它們的量受氧氣壓強(qiáng)和同步輻射能量的影響。在研究中發(fā)現(xiàn)，O和O<,3>的量與氧氣壓強(qiáng)成正比，與同步輻射能量成正比。 3.碳污染清洗定量研究及模型本文從兩個(gè)方面對(duì)碳污染清洗進(jìn)行研究： A．清洗元件表面碳有機(jī)物光學(xué)元件表面的污染物主要是石墨型碳，但是其最表層附著少量的碳?xì)湮镔|(zhì)(主要是同步輻射照射時(shí)間不長，有機(jī)物沒完全分解形成石墨型碳)。在不同的氧氣壓強(qiáng)下對(duì)表面有機(jī)物進(jìn)行清洗，得到以下結(jié)論：(1

5、)氧氣與有機(jī)物的反應(yīng)產(chǎn)生的主要物質(zhì)是CO<,2>；(2)在研究的氧氣量范圍內(nèi)，氧氣壓強(qiáng)高，反應(yīng)生成的CO<,2>量越多：(3)同步輻射光束流越高，反應(yīng)相對(duì)越快，產(chǎn)生的CO<,2>量越多。 B．清沈硅片上的碳層基于光學(xué)元件表面污染物的特性，通過在硅晶片上的碳層模擬污染物，通過清洗前后反射率變化來確定碳層的厚度。經(jīng)過研究得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：(1)本文研究方法能有效清除碳層；(2)在四個(gè)小時(shí)清洗中，碳清除率可到1.75nm/h；(3)清洗后表面