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PULSTEC 是一家在X射线分析领域,特别是在现场、快速、无损检测方面享有极的高声誉的日本公司。其最著名的产品系列就是 μ-X360 系列X射线单晶取向测量装置。这款设备在全球半导体、功能晶体和高的端材料研究领域被广泛应用。
传统的高精度X射线衍射设备通常体积庞大、环境要求苛刻、测量速度慢,且需要专业的操作人员。PULSTEC μ-X360 系列的核心设计理念是打破这一局限,提供一种:
快速:数秒至数十秒内完成测量。
无损:X射线功率极低,不会对样品造成损伤。
便携/紧凑:设备小巧,可放置在实验室台面,甚至带到生产现场。
操作简单:无需深厚的X射线衍射专业知识,普通技术人员经过简单培训即可操作。
它旨在将高精度的晶体取向分析从专门的X射线实验室带入生产线、研发车间和质检部门,实现100%在线或现场质检。
PULSTEC的装置核心采用 X射线劳厄背反射法。这是理解其为何能如此快速测量的关键。
光源:设备使用一个微焦点X射线管,产生连续波长的白色X射线(与单色X射线不同)。
照射:这束准直后的白色X射线照射到待测的单晶样品(如硅片、蓝宝石、LiNbO₃晶圆等)上。
衍射:根据布拉格定律,晶体中不同晶面族会从这束“白色"X射线中选择满足衍射条件的特定波长进行反射。
成像:这些被不同晶面反射的X射线,会在一维或二维的探测器上形成一系列清晰的斑点,称为 “劳厄斑点"。
模式分析:劳厄斑点的分布图案与晶体的绝对取向是一一对应的关系。就像人的指纹一样,不同的晶体结构和取向会产生独的一的无的二的劳厄斑点图案。
设备的工作流程:
照射样品 → 探测器捕获劳厄斑点图案 → 内置软件将捕获的图案与根据已知晶体结构理论计算出的标准图案进行高速匹配和计算 → 瞬间输出晶体的三维空间取向(欧拉角:φ, ψ, ω)、晶向偏差、晶界角度等关键参数。
其核心产品是 μ-X360 系列,根据应用场景和功能有不同的型号,例如 μ-X360, μ-X360S, μ-X360n 等。
代表型号:μ-X360S
主要特点:
超高速测量:最快仅需1秒钟即可完成一次完整的取向测量,非常适合在线全检。
高精度:取向测量精度可达 <0.01°,能够检测出极其微小的晶格偏转。
卓的越的空间分辨率:得益于微焦点X射线源,测量光斑可以非常小(数十微米量级),可以用于测量小样品或观察样品上不同位置的取向变化。
无需扫描:与需要旋转样品台的XRD不同,劳厄法在样品和探测器保持静止的状态下即可完成测量,这是其速度快的主要原因。
绝对取向测量:可以直接给出晶体相对于样品坐标系(如晶圆边缘)的绝对取向,而不仅仅是相对值。
用户友好软件:软件界面直观,通常一键即可完成测量和分析,自动生成报告和图表。
半导体行业
硅晶圆:确认晶圆的晶向(100, 110, 111)、定位扁平边/缺口的位置精度。
功率器件:对SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)等宽禁带半导体晶圆的取向进行快速筛查和确认。这对功率器件的性能和良率至关重要。
SOI晶圆:确认表面硅层的晶体取向。
功能晶体与光学材料
激光晶体:如YAG、LiNbO₃(铌酸锂)、LiTaO₃(钽酸锂)等,确保加工前的坯料取向正确,否则会影响激光性能和光学转换效率。
光学晶体:如CaF₂(氟化钙)、KDP等,用于确认切割方位。
金属材料研究
高温合金单晶叶片:用于航空发动机和燃气轮机,确保叶片的晶体取向与设计要求一致,这是保证其高温强度和蠕变性能的关键。
晶粒取向分析:虽然主要用于单晶,但对于大晶粒的多晶材料,也可以对单个晶粒进行取向分析。
地质与考古学
快速分析矿物、宝石的单晶取向。
特性 | PULSTEC μ-X360 (劳厄法) | 传统高分辨率XRD (如四圆衍射仪) |
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测量速度 | 极快 (秒级) | 慢 (分钟到小时) |
X射线 | 连续波长 (白色X射线) | 单色X射线 (如Cu-Kα) |
样品运动 | 通常固定不动 | 需要复杂的多轴 (θ, 2θ, φ, ψ) 扫描 |
输出信息 | 绝对取向、晶界角 | 晶格常数、应变、物相、 rocking curve |
操作难度 | 简单,易于上手 | 复杂,需要专业人员 |
主要用途 | 快速取向确认与质检 | 深入的晶体结构、质量分析 |
日本 PULSTEC 的 μ-X360 系列X线单晶方位测量装置 是一款革命性的工业级无损检测仪器。它成功地将高精度的晶体学测量从实验室带入了生产现场,实现了晶体取向测量的“工业化"和“在线化"。
其核心价值在于:
为质量控制提供了量化标准:将原本依赖间接参数或破坏性检测的工艺,变成了快速、无损、定量的100%全检。
极大地提升了生产效率和良率:能够即时发现取向错误的原材料或半成品,避免后续加工资源的浪费。
推动了高的端材料制造的发展:特别是在第三代半导体、航空航天单晶叶片等领域,成为了工艺控制和材料筛选不的可的或的缺的“标尺"。
如果您的工作涉及单晶材料的制备、加工或质量控制,PULSTEC 的这款设备无疑是解决取向测量难题的最佳工具之一。