專利名稱：高精度x射線單晶定向儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種依據(jù)X射線衍射原理，用于測(cè)定水晶、硅鍺單晶、激光晶體等各種單晶材料的幾何表面與其內(nèi)部某一晶面間的角度，以保證制成的器件溫度系數(shù)等性能要求的光機(jī)電一體化精密測(cè)量?jī)x器。
現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)手搖式普通型定向儀和日本同類產(chǎn)品，其組成結(jié)構(gòu)一般是由X射線管、管套、風(fēng)冷電機(jī)、狹縫、被測(cè)晶體、計(jì)數(shù)器、放大器、數(shù)顯器、電表、穩(wěn)壓器、控制器、高壓發(fā)生器、高壓電纜、吸泵等組成，其中由X射線管、狹縫、被測(cè)晶體到計(jì)數(shù)器所構(gòu)成的光路要向計(jì)數(shù)器、放大器輸入檢測(cè)信號(hào)，狹縫的設(shè)置目的在于限制射線的發(fā)散角度，但這種方法存在控制發(fā)散角越小，測(cè)量精度越高，也只能達(dá)到±30″，還造成進(jìn)入計(jì)數(shù)器的信號(hào)強(qiáng)度降低；當(dāng)發(fā)散角增大，信號(hào)強(qiáng)度增大，精度卻大幅度降低，中國(guó)專利技術(shù)中，如CN94230385.7名稱為“X射線定向儀”對(duì)此類技術(shù)有過(guò)描述。可以看出，這種結(jié)構(gòu)的定向儀存在的主要技術(shù)問(wèn)題是它的測(cè)角精度僅能達(dá)到±30″檔次，從X射線晶體學(xué)原理研究分析，其根本原因在于X射線管產(chǎn)生的用于測(cè)量晶體的初級(jí)X射線波長(zhǎng)不夠單一所致，導(dǎo)致此類定向儀精度難以進(jìn)一步提高。
本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于提供一種能進(jìn)一步提高測(cè)角精度的X射線單晶定向儀，尤其提供一種其晶面角度的測(cè)量精度可達(dá)到±15″檔次的高精度X射線單晶定向儀。
本實(shí)用新型的另一發(fā)明目的在于提供一種能解決高精度晶棒粘板問(wèn)題的X射線單晶定向儀。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型發(fā)明目的的高精度X射線單晶定向儀，其技術(shù)方案為該定向儀包括有X射線管、管套、風(fēng)冷電機(jī)、被測(cè)晶體、計(jì)數(shù)器、放大器、數(shù)顯器、電表、穩(wěn)壓器、控制器、高壓發(fā)生器、高壓電纜、吸泵等組成，其主要技術(shù)特點(diǎn)在X射線管與被測(cè)晶體之間設(shè)有一單色器，形成由X射線管、單色器、被測(cè)晶體到計(jì)數(shù)器組成的測(cè)量光路，其中的單色器為具有固定晶面切角的水晶片。本技術(shù)中，X射線管與被測(cè)晶體之間設(shè)置的單色器，其目的在于由該單色器將射在其上的初級(jí)X射線因衍射產(chǎn)生單色化的X射線，照射在被測(cè)晶體上，再產(chǎn)生衍射進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行檢測(cè)，解決了如何選取單一波長(zhǎng)射線測(cè)量晶體晶面角度的技術(shù)問(wèn)題，因而實(shí)現(xiàn)了晶面角度的高精度測(cè)量。
在本技術(shù)方案中，是通過(guò)單色器將初級(jí)X射線中不需要的臨近波長(zhǎng)射線以衍射方式予以濾除，以便僅利用單一波長(zhǎng)射線實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體晶面角度的高精度測(cè)量。但是用衍射原理選擇單一波長(zhǎng)進(jìn)行高精度測(cè)量時(shí)，兩次衍射過(guò)程會(huì)使進(jìn)入計(jì)數(shù)器的射線強(qiáng)度大大降低，甚至低于設(shè)備的靈敏度，而使測(cè)量?jī)x器無(wú)法工作。因此，只有提高X射線管的射線強(qiáng)度，才能使計(jì)數(shù)器及其后的檢測(cè)儀器進(jìn)行正常的測(cè)量工作。提高X射線管射線強(qiáng)度的方法為采用恒直流高壓發(fā)生器為X射線管供電，提高射線強(qiáng)度，其具體方法是在高壓發(fā)生器的高壓變壓器的次級(jí)兩端連接有由兩整流二極管和兩電容組成的倍壓電路。
在上述技術(shù)方案中，可用單只X射線管向兩側(cè)發(fā)出兩束水平射線而構(gòu)成左右兩個(gè)工作臺(tái)，提高本單晶定向儀的利用率。這兩工作臺(tái)上可以均為測(cè)角儀，也可以使兩邊分別配置測(cè)角儀和專門用于晶棒粘板的晶棒粘板裝置，擴(kuò)大本定向儀的應(yīng)用范圍。
儀器的測(cè)量精度提高了，還得有足夠精度的角度顯示裝置，本技術(shù)中采用了精度為1″的數(shù)顯器。為使這樣高精度儀器工作更可靠，對(duì)其放大器采取了全面防潮措施。
本實(shí)用新型所提供的高精度X射線單晶定向儀，由于在其測(cè)量光路上采用了單色器，濾除了臨近雜波射線，因而使晶面角度的測(cè)量精度大大提高，可使其測(cè)量精度達(dá)到±15″檔次。本技術(shù)中還采用了如彌補(bǔ)X射線強(qiáng)度的恒直流高壓發(fā)生器、最小讀數(shù)為1″的數(shù)顯器及晶棒粘板機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)等多種手段，進(jìn)一步保證了本定向儀的高精度測(cè)量目的的實(shí)現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容。


圖1為本實(shí)用新型的整體組成圖圖2為圖1的俯視圖圖3為本實(shí)用新型的測(cè)量光路原理圖圖4為高壓發(fā)生器的電路原理圖圖5為晶棒粘板主視結(jié)構(gòu)示意圖圖6為圖5的俯視圖圖7為晶棒粘板附件主視結(jié)構(gòu)示意圖圖8為圖7的俯視圖圖9為晶棒粘板裝置另一實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖圖10為圖9的俯視圖。
如圖所示，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的高精度X射線單晶定向儀是由安裝在工作臺(tái)面17上的X射線管1、風(fēng)冷電機(jī)10、被測(cè)晶體3、計(jì)數(shù)器4、放大器5、電表8、數(shù)顯器7和安裝在臺(tái)面17下方的穩(wěn)壓器14、高壓發(fā)生器15、高壓電纜13和氣泵16等組成，本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)是在本定向儀的測(cè)量光路上設(shè)置了一單色器2，如圖3所示，它的測(cè)量光路是由X射線管1、單色器2、被測(cè)晶體到計(jì)數(shù)器4構(gòu)成的，其中的單色器2為具有一定晶面切角的水晶片，并設(shè)置在恰好使X射線管初級(jí)Kα譜線產(chǎn)生衍射射線的角度位置上。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程是由X射線管1發(fā)出初級(jí)X射線，照射到單色器2上，使其產(chǎn)生衍射并將其已單色化的衍射射線射入被測(cè)晶體，本實(shí)施例是以手搖式測(cè)角儀為例，如圖3所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蝸桿手柄9來(lái)改變固定在蝸輪上的被測(cè)晶體3角度，使其產(chǎn)生衍射，由計(jì)數(shù)器4接收該衍射后的射線信號(hào)，此時(shí)連接在蝸桿上的光電編碼器6將發(fā)出與被測(cè)晶體轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的一系列脈沖，經(jīng)單片機(jī)處理后，送入數(shù)顯器7，這樣就會(huì)由數(shù)顯器7顯示出電表8最大值時(shí)的被測(cè)晶體的幾何表面與其某一晶面的角度值。由于本實(shí)用新型是用單色器2將初級(jí)X射線進(jìn)行單色化，選取了單一波長(zhǎng)的X射線來(lái)檢測(cè)被測(cè)晶體的晶面角度的，因此大大提高了測(cè)量精度。當(dāng)然，此時(shí)還要相應(yīng)提高數(shù)顯器7的顯示精度，實(shí)現(xiàn)晶體晶面角度的高精度測(cè)量，最好選用最小讀數(shù)為1″的數(shù)顯器。
在本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，由于單色器2和被測(cè)晶體對(duì)X射線進(jìn)行兩次衍射，而使最終進(jìn)入到計(jì)數(shù)器4的射線強(qiáng)度大大降低，有時(shí)甚至無(wú)法進(jìn)行正常的測(cè)量工作。為使本定向儀工作可靠，就要提高進(jìn)入計(jì)數(shù)器4的輸入信號(hào)強(qiáng)度，即提高初級(jí)X射線的強(qiáng)度，其解決的技術(shù)手段是采用恒直流高壓發(fā)生器來(lái)提高射線管所發(fā)出的X射線的強(qiáng)度，如圖4所示的原理電路，其實(shí)現(xiàn)方式是在高壓發(fā)生器中的高壓變壓器次級(jí)兩端連接由整流二極管D1、D2和電容C1、C2組成的倍壓電路，為X射線管供電。
在本技術(shù)中，為保證定向儀的測(cè)量精度，使放大器的輸出更加穩(wěn)定，還必須對(duì)本定向儀采取一定的防潮措施，在本實(shí)施例中，除了已對(duì)放大器5中的放大板采取了密封、固化防潮外，同樣對(duì)其電源變壓器、計(jì)數(shù)器高壓?jiǎn)卧扇∶芊?、固化防潮措施，提高其防潮性能?br> 在本實(shí)施例中，其光路中被測(cè)晶體可以為晶片，也可以為晶棒。為提高本定向儀的利用率，本實(shí)施例中用單只射線管發(fā)出的兩束水平射線，構(gòu)成左右兩個(gè)工作平臺(tái)，這兩個(gè)平臺(tái)可以均為測(cè)角儀，用于測(cè)量晶片、塊、棒的晶面角度，還可以使其中一工作平臺(tái)專門裝設(shè)實(shí)現(xiàn)晶棒精確粘板用的晶棒粘板裝置。由于利用本技術(shù)提高測(cè)量精度的光路檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)高精度粘板，如圖5、圖6、圖9、圖10所示的晶棒粘板裝置，它是由固定于工作臺(tái)面17上的支架24、滑板21和料板22組成的，滑板21通過(guò)精度較高的直線導(dǎo)軌20滑動(dòng)設(shè)置在支架24上，料板22按單色器晶面切角所形成的衍射射線的角度，通過(guò)角度調(diào)節(jié)裝置在滑板21上精確定位，其角度調(diào)節(jié)裝置是由料板固定塊26、調(diào)角器28、29、緊固鈕27構(gòu)成，它們分別位于料板22的不同直邊上，如圖所示，調(diào)角器28、29和緊固鈕27分別位于料板22的對(duì)側(cè)，調(diào)角器28、29可以為墊片或讀數(shù)輪，最好采用千分尺結(jié)構(gòu)以保證精度；支架24上還設(shè)有橫跨滑板21之上的梁體40，其上固定安裝一晶棒定位銷25；為進(jìn)一步提高晶棒粘板精度，在該梁體40上還設(shè)有晶棒微調(diào)機(jī)構(gòu)，它是由固定于梁體40上的壓鈕41和組成一體的千分表42和千分尺43組成，當(dāng)用手將晶棒23初步定位后，用壓鈕41壓住晶棒23上一點(diǎn)，將千分表42的測(cè)桿靠在晶棒23一側(cè)面上，調(diào)整千分尺43使表42的指示為零，再細(xì)致調(diào)整晶棒23一端的兩側(cè)，使模擬電表8指示達(dá)到最大值時(shí)，再粘板定位。為更精確反映晶棒衍射現(xiàn)象，在計(jì)數(shù)器4后還可配置一數(shù)字式電表8′，使指示更加準(zhǔn)確。在本技術(shù)中，還可以將晶棒粘板附件裝在測(cè)角儀上，進(jìn)行晶棒粘板工作，即使用如圖7、8所示的晶棒粘板附件，該附件通過(guò)支架24′上的裝配孔30安裝在測(cè)角儀的主軸上，通過(guò)手輪9及其蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)料板角度的調(diào)整，滑板21通過(guò)直線導(dǎo)軌20滑動(dòng)安裝在支架24′上，在滑板21上設(shè)有料板固定裝置，該裝置是由料板定位塊26、靠板29′和料板22的緊固鈕27組成的，并分別位于料板22的不同側(cè)邊，晶棒23靠固定安裝在支架24′上的定位銷25′定位。
權(quán)利要求1.一種測(cè)量晶面角度的高精度X射線單晶定向儀，它包括有X射線管(1)、風(fēng)冷電機(jī)(10)、被測(cè)晶體(3)、計(jì)數(shù)器(4)、放大器(5)、數(shù)顯器(7)、電表(8)、穩(wěn)壓器(14)、控制器、高壓發(fā)生器(15)、高壓電纜(13)、吸泵(16)等組成，其特征在于在本定向儀的X射線管(1)與被測(cè)晶體(3)之間設(shè)有一單色器(2)，形成了由X射線管(1)、單色器(2)、被測(cè)晶體(3)到計(jì)數(shù)器(4)的測(cè)量光路，其中的單色器(2)為具有固定晶面切角的水晶片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線單晶定向儀，其特征在于在高壓發(fā)生器的高壓變壓器(15)的次級(jí)兩端連接有由整流二極管(D1、D2)和電容(C1、C2)組成倍壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線單晶定向儀，其特征在于本定向儀一平臺(tái)(17)上設(shè)有專門用于晶棒粘板的晶棒粘板裝置，它包括有支架(24)、滑板(21)和固定晶棒的料板(22)，支架(24)上設(shè)有一橫跨滑板(21)之上的梁體(40)，其上固定安裝一定位銷(25)，滑板(21)通過(guò)直線導(dǎo)軌(20)滑動(dòng)設(shè)置在支架(24)上，滑板(21)上設(shè)有料板(22)的角度調(diào)節(jié)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線單晶定向儀，其特征在于所述的角度調(diào)節(jié)裝置是由固定于滑板(21)上的料板固定塊(26)、調(diào)角器(28、29)及料板(22)的緊固鈕(27)組成，固定塊(26)、調(diào)角器(28、29)和緊固鈕(27)分別位于料板(22)的不同直邊上，其中的調(diào)角器(28、29)為讀數(shù)輪、墊片或千分尺機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線單晶定向儀，其特征在于晶棒粘板裝置上還設(shè)有晶棒微調(diào)機(jī)構(gòu)，它由是固定于梁體(40)上的壓鈕(41)和組成一體的千分表(42)、千分尺(43)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3或5所述的X射線單晶定向儀，其特征在于計(jì)數(shù)器(4)后設(shè)有模擬電表(8)和婁字式電表(8′)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線單晶定向儀，其特征在于設(shè)有由支架(24′)、滑板(21)、料板(22)和固定在支架(24′)上的定位銷(25′)構(gòu)成的晶棒粘板附件，支架(24′)底部設(shè)有安裝于測(cè)角儀主軸上的裝配孔(30)，滑板(21)通過(guò)直線導(dǎo)軌(20)滑動(dòng)設(shè)置在支架(24′)上，滑板(21)上設(shè)有料板的固定裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線單晶定向儀，其特征在于所述的料板固定裝置是由滑板(21)上的料板定位塊(26)、靠板(29′)和緊固鈕(27)構(gòu)成，定位塊(26)、靠板(29′)和緊固鈕(27)分別位于料板(22)的不同直邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線單晶定向儀，其特征在于數(shù)顯器為精度為1″的高精數(shù)顯裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線單晶定向儀，其特征在于對(duì)放大器(5)的高壓?jiǎn)卧碗娫醋儔浩鞑扇∶芊?、固化防潮措施?br> 專利摘要本實(shí)用新型涉及的是一種用于測(cè)定水晶、硅鍺單晶、激光晶體等各種單晶材料幾何表面與內(nèi)部某一晶面間角度的高精度X射線單晶定向儀,它包括有X射線管、管套、風(fēng)冷電機(jī)、被測(cè)晶體、計(jì)數(shù)器、放大器、數(shù)顯器、電表、穩(wěn)壓器、控制器、高壓發(fā)生器、高壓電纜、吸泵等組成,其主要技術(shù)特點(diǎn)是它的測(cè)量光路由X射線管、單色器、被測(cè)晶體到計(jì)數(shù)器組成,其單色器為具有一定晶面切角的水晶片。本單晶定向儀用單色器將初級(jí)X射線進(jìn)行單色化,選取了單一波長(zhǎng)的X射線來(lái)檢測(cè)被測(cè)晶體的晶面角度,因而大大提高了測(cè)量精度,可達(dá)到±15″檔次,實(shí)現(xiàn)了高精度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/26GK2293069SQ9722382
公開(kāi)日1998年9月30日 申請(qǐng)日期1997年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月5日
發(fā)明者趙久, 王悅敏, 趙險(xiǎn)峰 申請(qǐng)人:趙久