本实用新型涉及一种吸收谱测量装置，尤其涉及一种X射线吸收谱测量装置。
背景技术：
自上世纪七十年代以来，薄膜技术得到突飞猛进的发展，无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果，并已成为当代真空科学技术和材料科学中最活跃的研究领域，在高新技术产业中具有举足轻重的作用，同时现代超大规模集成电路要求研究亚微米和纳米级薄膜制备技术，以及利用亚微米、纳米结构的薄膜制造各种功能器件，这类薄膜包括单晶薄膜、超微粒子薄膜、小晶粒的多晶薄膜、非晶薄膜和有机分子膜等。因此可知薄膜技术深刻的影响着电子学的发展，影响着生产和生活的诸多领域。
薄膜技术和表面科学相结合推动了薄膜产品全方位的开发和应用，但是，目前薄膜样品的检测方法比较零散，常用的电子显微技术和低能电子衍射技术都存在一定的缺点，如电子显微技术只能研究薄膜的形貌，低能电子衍射技术因只能穿入几个原子层的深度，只能研究样品表面级薄层的晶体结构信息，无法有效研究非晶体样品。
X射线吸收精细结构(XAFS)技术是随着X射线源发展起来的独特技术，是研究材料局域原子结构和电子结构的一种重要方法。相比于X射线衍射、红外吸收等方法，XAFS具有很多无法替代的优势，XAFS用于测量吸收原子的局域结构，可以提供原子键长、配位数、无序度、原子种类等信息，样品可以是固体、液体甚至是气体。在检测方法上，对元素浓度较高的样品，XAFS通常采用透射方法；对稀释样品，往往采用反射方法，测量发出的二次电子或X射线荧光。在微纳设计、加工以及元器件生产中，经常要接触到各类被测样品，包括单层或多层膜。由于被测样品通常很薄，在荧光测量谱里包括大量的衬底信号，薄膜(或表面)所占比例很低，因而测量谱的信噪比明显降低。
而且，在原有的测量中，若被测样品单晶衬底发出的X射线衍射存在干扰，可能对吸收谱的测量带来很大的影响，调整起来极其困难，因此，现有薄膜材料X射线吸收谱测量装置无法满足实际需求。
技术实现要素：
本实用新型要解决的问题是克服上述现有被测样品检测技术的缺陷和不足，提供一种X射线吸收谱测量装置。
本发提供了一种X射线吸收谱测量装置，包括用于放置被测样品的样品安放装置，所述被测样品接收X射线并发出荧光信号；还包括用于探测所述荧光信号的荧光探测装置以及与荧光探测装置电连接的处理器。
本申请中，被测样品接收X射线并发出荧光信号，通过荧光探测装置对所述荧光信号进行探测，且通过处理器对荧光信号进行处理，实现被测样品的X射线吸收谱的测量。被测样品优选为薄膜材料。X射线的能量可调。
进一步地，还包括用于调节荧光探测装置与被测样品的距离的位置调节装置，荧光探测装置与位置调节装置连接；优选所述位置调节装置与处理器电连接。
位置调节装置通过带动荧光探测装置运动调节荧光探测装置与被测样品的距离。由于不同被测样品的元素种类和配位距离各不相同，因此受到相同能量的X射线照射后发出的荧光光强也不同。通过设置位置调节装置，可以调整荧光探测模块的位置。根据不同的被测样品，通过位置调节装置调节荧光探测模块的高度，从而调整荧光探测装置与被测样品之间的距离，可得到最佳的测量值。同时因被测样品发出的荧光对光电二极管将造成一定程度的损伤，通过调节荧光探测装置的位置可有效延长光电二极管的使用寿命，降低产品维护成本。所述位置调节装置可采用升降杆。通过设置位置调节装置与处理器连接，所述位置调节装置的调节距离由处理器测量，使得可以通过处理器方便地调整荧光探测装置的位置，从而可以实现自动化的测量，提高检测效率。
进一步地，所述荧光探测装置包括至少两个用于探测所述荧光信号的第一探测模块；各个第一探测模块分别连接有相互独立工作的控制开关，各个第一探测模块并联后与处理器电连接；优选所述第一探测模块为光电二极管；优选第一探测模块的数量为至少4个；优选各个所述控制开关均与处理器电连接。通过设置控制开关与处理器连接且由处理器控制，使得通过处理器可对控制开关的闭合或断开进行控制，从而可以实现自动化的测量，提高检测效率。优选各个第一探测模块成阵列布置。
进一步地，所述第一探测模块的数量为至少4个，各个所述控制开关均与处理器电连接。荧光探测装置由一个第一探测模块构成或由多个第一探测模块并联而成。例如，荧光探测装置可包含4个或8个第一探测模块。
通过设置至少4个第一探测模块且各个第一探测模块分别连接有相互独立工作控制开关，使得当某个或某几个第一探测模块测得的荧光信号存在干扰时，可以通过断开该第一探测模块对应的控制开关，去除干扰，从而有效去除衬底上衍射线对吸收谱测量的影响。由于干扰一般仅存在于一个或少量个位置上，因此，通过大面积设置多个第一探测模块，不仅可以找到干扰所影响的是哪一个或哪几个第一探测模块，而且可以通过断开此第一探测模块对应的控制开关，而排除干扰。而且，通过设置多个第一探测模块，可以使得第一探测模块构成的荧光探测模块检测荧光的区域变大，扩大了检测的动态范围，不易饱和。
进一步地，所述荧光探测装置包括绝缘基板，所述第一探测模块设置于绝缘基板上。由于荧光探测装置包括绝缘基板和第一探测模块，且第一探测模块设置于绝缘基板上，因此可以使第一探测模块与感应室外壳保持绝缘，从而避免对第一探测模块的测量造成影响。
进一步地，还包括向被测样品发射所述X射线的X射线源。X射线源向被测样品发射X射线，被测样品在X射线照射后发出荧光。通过过滤膜对电子进行过滤，使得到达荧光感应腔的仅为荧光。通过荧光探测装置接收荧光。
进一步地，样品安放装置与荧光探测装置之间还设置有可过滤电子的过滤膜。优选所述过滤膜为电子级聚酰亚胺薄膜。
进一步地，还包括感应室外壳、电流放大装置；所述感应室外壳、荧光探测装置、过滤膜围成荧光感应腔；所述荧光探测装置、电流放大装置、处理器依次电连接；所述感应室外壳接地。
进一步地，所述的样品安放装置上的被测样品的安装面与X射线的夹角范围为1°-4°。更优选该夹角范围为1°-2°。通过设置样品安放装置与X射线的夹角范围，使得放置在样品安放装置上的被测样品与X射线的夹角范围满足掠入射要求，实现了X射线的掠入射。通过掠入射装置，使X射线穿透深度的减小，实现对衬底上被测样品的高灵敏探测。
进一步地，还包括为荧光探测装置供电的电源，感应室外壳上设置有电源接口、输出接口，所述电源通过电源接口为所述荧光探测装置供电，所述荧光探测装置的输出均与输出接口电连接。电源接口和输出接口分别用于引入供电信号和输出测量信号。通过在感应室外壳上设置电源接口、输出接口，使得装置中的布线较为整齐，便于对装置进行调试，保证装置的安全性。
可选的，在进行测量时，首先令控制开关的初始状态为闭合状态，即先检测各个第一探测模块检测的电流之和，得到吸收谱，若判断吸收谱不存在衍射线干扰，则测量完成，否则，说明其中有某个或某几个第一探测模块测得的信号存在干扰。若判断吸收谱中存在干扰，则依次仅闭合一个控制开关，即每次仅闭合一个控制开关，重复测量步骤，得到单独闭合一个控制开关时对应的吸收谱，对各个吸收谱进行判断，确定哪个第一探测模块测量的荧光信号受到干扰，则将存在干扰的吸收谱对应的控制开关断开，即令受到干扰的通道的第一探测模块不采集，将其他第一探测模块采集的信号作为感应电流，计算得到X射线吸收谱。即，当怀疑某吸收谱中存在干扰信号时，对各区域进行单独测试，如果各区域的吸收谱均相同，则证明荧光信号中不存在干扰，反之则证明信号中存在干扰，并可进行排除。当发现某一个或某几个第一探测模块有信号干扰的情况，则选择关闭该第一探测模块，将剩余的第一探测模块的测试信号汇集至总输出接口。
本实用新型可测样品非常广泛，可对薄膜样品进行检测，也适用于其他类似样品的检测，也适用于低浓度和超薄样品进行检测。本实用新型可实现被测样品的高效测试和检验，同时因分区域探测技术，可有效去除测量中产生的干扰信号，得到更精确的XAFS信号。本实用新型是一种结合大面积、光电二极管分区域探测技术和掠入射模式的X射线吸收谱测量装置。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
1)实现薄膜样品的高效检测，极大地提高信噪比；
2)大面积光电二极管探测技术可大幅提高探测器的灵敏度，同时光电二极管分区域探测技术可有效去除测量中产生的干扰信号，通过对产生干扰区域的信号进行截断，保留有效信号进行检测，提高测试的准确性，通过分区的设计及大面积光电二极管对荧光进行探测，可在大的动态范围内测量，不易饱和，而且选择合适的通道，可以有效去除单晶衬底上衍射线对吸收谱测量的影响；
3)通过掠入射装置，使X射线穿透深度的减小，实现对衬底上薄膜的高灵敏探测，实现系统性检测；
4)小巧精致，便于携带；
5)自动测量吸收谱，自动断开有干扰的对应的光电二极管的测量信号，排除干扰，得到高信噪比的吸收谱，测量效率高。
由此可知，基于大面积荧光探测和掠入射的荧光探测装置可实现被测样品的有效检测，相对于电离室型探测器其探测灵敏度和探测准确度有大幅提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的实施例的X射线吸收谱测量装置的结构示意图；
图2是本实用新型的实施例的带有升降杆的X射线吸收谱测量装置的结构示意图；
图3是本实用新型的光电二极管分区域探测技术的示意图；
图4是本实用新型的实施例的X射线吸收谱测量装置的电路结构示意图。
上述附图中，1、感应室外壳，2、样品室外壳，3、荧光感应腔，4、电源接口，5、输出接口，6、荧光探测装置，61、第一探测模块，62、控制开关，63、绝缘基板，7、过滤膜，8、样品安放装置，9、电流放大装置，10、处理器，20、被测样品，30、X射线源，50、位置调节装置。
具体实施方式
下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
XAFS技术是通过一定能量范围的连续X射线扫描样品，来获取感兴趣元素的局域结构信息。吸收谱实验的基本原理是保持样品不动，照射样品的X射线的能量逐渐增加，同时探测器收集荧光信号。当X射线能量接近感兴趣元素的核外电子结合能时，原子对X射线的吸收逐渐增加，同时出射的荧光信号也相应增加。因此感兴趣元素在每个能量点的吸收或荧光信号被探测和记录下来形成吸收谱线。
图1为一种X射线吸收谱测量装置的结构示意图，包括X射线源30、样品室、感应室外壳1、荧光感应腔3、电源接口4、输出接口5、荧光探测装置6、过滤膜7、电流放大装置9、处理器10，感应室外壳1接地。被测样品20接收X射线源30发出的X射线后产生荧光信号。样品安放装置8设置于荧光探测装置的下方，将X射线源30设置于样品安放装置8的一侧。
X射线源30用于向被测样品20发射X射线。
样品室包括样品室外壳2和样品安放装置8，样品安放装置8用于放置被测样品20。样品安放装置8与X射线的夹角范围为1°-4°。样品安放装置8固定在样品室外壳2的底座上，样品安放装置8的上表面需具有一定倾角用于实现X射线源的掠入射。X射线源30发出X射线。由于样品安放装置8与X射线的夹角范围为1°-4°。使得被测样品20与X射线的夹角范围为1°-4°，实现了掠入射，使X射线穿透深度的减小，实现对衬底上被测样品的高灵敏探测。
荧光探测装置6包括第一探测模块61和绝缘基板63。第一探测模块61设置于绝缘基板63上。绝缘基板63由高分子材料制成。各个第一探测模块61分别通过BNC电缆与电流放大装置9连接。
荧光探测装置6由4个第一探测模块61和绝缘基板63构成。第一探测模块61优选为光电二极管，第一探测模块61设置在绝缘基板63面对过滤膜7的一侧，各个第一探测模块61并联后与电流放大装置9连接。各个第一探测模块61成阵列布置。各个第一探测模块61分别连接有用于允许或禁止该第一探测模块61工作的控制开关62。各个第一探测模块61的测试信号电流汇集至总输出接口。本申请中，总输出接口即为输出接口5。电源接口4与电源连接，图中未画出电源接口4、电源、荧光探测装置6的连接。输出接口5与电流放大装置9连接。
图3为第一探测模块61分区域探测技术的示意图，第一探测模块61分布在荧光探测装置6荧光接收的一面，第一探测模块61分别放置在A、B、C、D标示的4个区域，每个区域单独连接一路控制开关62，各区域的测试电流信号经控制开关62后并联至总输出接口。为了简略，图3中未画出第一探测模块61。为了简略，图3中未画出第一探测模块61。
本申请中，荧光探测装置6的输出值即为所有第一探测模块61的总输出值。
荧光探测装置6用于检测荧光的发光强度，输出正比于光强的感应电流。本实施例中采用长度8cm的方形高分子材料作为基板台，面朝样品安放装置8的一面按指定分布装有多片大面积第一探测模块61。通过高分子材料的基板台，使第一探测模块61与感应室外壳1保持绝缘。各第一探测模块61的输出单独连接有相互独立工作控制开关62，用于调整整个感应区间的形状。第一探测模块61输出处焊接阻值为50Ω的BNC电缆，实现感应电流信号的屏蔽和输出。
过滤膜7应在感应室外壳1上，具备一定的密封效果。过滤膜7用于过滤电子，荧光探测装置6上设置有用于接收被测样品20发出的荧光信号的第一探测模块61，过滤膜7设置于样品安放装置8和荧光探测装置6之间；感应室外壳1、荧光探测装置6、过滤膜7围成荧光感应腔3，荧光探测装置6、电流放大装置9、处理器10依次连接。本申请中，过滤膜7所过滤的电子指的是光电子。
过滤膜7为导电薄膜。优选过滤膜7为单面镀铝聚酰亚胺薄膜，过滤膜7上蒸镀的铝层与感应室外壳之间设置有导电硅脂；铝层、导电硅脂、感应室外壳通过压接的方式连接。
过滤膜7的主要用途是过滤掉除被测样品激发的荧光以外的所有电子，采用热蒸镀或电子束蒸镀的方法，在25um厚的电子级聚酰亚胺薄膜的一侧表面上蒸镀一层3um厚的铝作为负电极，其中所用金属的纯度为99.9％-99.99％；铝电极与感应室外壳之间涂抹导电硅脂，并通过压接形成良好的电接触。
图4是本实用新型的薄膜材料X射线吸收谱测量装置的电路结构示意图。电源接口4和输出接口5固定在感应室外壳1上，用于引入供电信号和输出测量信号。
信号放大技术是通过电子电路，将微弱的电流或电压等信号，转换成所需要的值的一种电子技术。基本放大电路一般是由一个三极管与相应分立元件组成的三种基本组态放大电路，包括共发射极、共基极和共集电极三类。
本实用新型的装置还包括为各个第一探测模块61供电的电源，感应室外壳1上设置有电源接口4、输出接口5，电源通过电源接口4为各个第一探测模块61供电，各个第一探测模块61供电的输出均与输出接口5连接，感应室外壳1接地。
本实施例的测量过程为：将被测样品20放置于样品安放装置8上，经高能X射线源30发出的X射线照射形成掠入射后，被测样品20发出的荧光经过滤膜7过滤后进入荧光感应腔3，荧光照射在荧光感应腔3的腔体上方的荧光探测装置6上产生感应电流，感应电流通过BNC电缆输出到电流放大装置9中进行信号放大和显示，因荧光感应电流值I正比于被测样品所发出的荧光光强If，因此被测样品的吸收系数μ(E)可表示为感应电流值I和X射线强I0比值，通过在不同的能量点采集感应电流值即可得到μ(E)曲线(即XAFS吸收谱)，通过研究样品的吸收光谱可得到样品的原子键长、配位数、无序度、原子种类等信息，当前期测得的吸收谱中存在干扰信号，可通过控制各个第一探测模块61对应的控制开关62调整感应器件的测试区域，直至消除干扰信号对测量结果的影响。
由此可知，基于大面积荧光探测和掠入射的荧光探测装置可实现被测样品的有效检测，相对于电离室型探测器其探测灵敏度和探测准确度有大幅提升。
本实用新型的X射线吸收谱测量装置的测量过程如下：测量时被测样品置于样品安放装置8上，X射线照射在被测样品上后样品将发出荧光，经过滤膜7过滤后，照射在荧光感应腔3中的荧光探测装置6上，判断是否存在信号干扰的情况，根据是否存在干扰情况，选择开关相应的第一探测模块61。多块第一探测模块61的感应电流之和I经输出接口5输出到电流放大装置放大并显示。因荧光感应电流值I正比于被测样品所发出的荧光光强If，因此被测样品的吸收系数μ(E)也可表示为感应电流值I和X射线强I0比值，即μ(E)＝I/I0，通过调节X射线源的输出能量，并在不同的能量点采集感应电流值即可得到μ(E)曲线(即XAFS吸收谱)，所有与吸收谱成正比的参数均可用于XAFS测量。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别在于，荧光探测装置6与被测样品20的距离可调。如图2所示，荧光探测装置6与被测样品20的距离通过位置调节装置50进行调节。位置调节装置50、控制开关62均与处理器10连接且由处理器10控制，位置调节装置50的调节距离由处理器10测量。位置调节装置50通过带动荧光探测装置6运动调节荧光探测装置6与被测样品20的距离。位置调节装置50可采用升降杆。荧光探测装置6和升降杆固定在一起，使荧光探测装置6在升降杆的带动下可在荧光感应腔3中上下运动。可将荧光探测装置6与被测样品20的距离调整为第一探测模块61可接收到荧光信号的最大距离，即使得第一探测模块61受到荧光的损伤最小，因被测样品发出的荧光对第一探测模块61将造成一定程度的损伤，通过调整距离可有效延长第一探测模块61的使用寿命，降低产品维护成本。
不同被测样品的元素种类和配位距离各不相同，因此受到相同能量的X射线照射后发出的荧光光强也不同，根据不同的被测样品，通过升降杆调节荧光探测装置6的高度，即荧光探测装置与被测样品之间的距离，可得到最佳的测量值。
测试时如果发生吸收谱中存在干扰信号，可操作控制开关62切断相应第一探测模块61的测试信号进行检验和排除，以此确保测试的准确性。例如，当怀疑某吸收谱中存在干扰信号时，对各区域进行单独测试，如果各区域的吸收谱均相同，则证明荧光信号中不存在干扰，反之则证明信号中存在干扰，并可进行排除。当发现某一块第一探测模块61有信号干扰的情况，则选择关闭该第一探测模块61，将剩余的第一探测模块61的测试信号汇集至总输出接口。测量中，一般被测样品仅包含一种材料，因此在先对被测样品形成的吸收谱进行预测。若吸收谱与预测的吸收谱差别较大，则分析吸收谱中是否存在干扰或是否包含多种材料。仅包含一种材料一种薄膜材料的吸收谱中仅有一个峰值，判断吸收谱中是否仅存在一个峰值来判断是否存在干扰，若吸收谱中仅存在一个峰值，则采集的荧光信号中未受到干扰，否则，采集的荧光信号中存在干扰。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。