阅读说明：本技术 波长色散x射线光谱仪 (Wavelength dispersive x-ray spectrometer ) 是由 云文兵 雅诺什·科瑞 本杰明·唐纳德·斯特普 于 2019-05-30 设计创作，主要内容包括：一种x射线光谱仪,包括至少一个x射线光学器件,至少一个x射线光学器件被配置为接收具有作为关于x射线能量的函数的入射强度分布的x射线；以及至少一个x射线检测器,至少一个x射线检测器被配置为从至少一个x射线光学器件接收x射线,并且记录来自至少一个x射线光学器件的x射线的空间分布。至少一个x射线光学器件包括至少一个衬底,至少一个衬底具有至少部分地围绕并沿着纵轴延伸的至少一个表面。在平行于纵轴的至少一个截面中的至少一个表面与纵轴之间的距离按照关于沿着纵轴的位置的函数而变化。至少一个x射线光学器件还包括在至少一个表面的至少一部分之上或上方的多个层和/或至少一个镶嵌晶体结构。多个层具有包含第一材料的第一多个第一层和包含第二材料的第二多个第二层。第一层和第二层在垂直于至少一个表面的方向上彼此交替。(An x-ray spectrometer comprising at least one x-ray optic configured to receive x-rays having an incident intensity distribution as a function of x-ray energy; and at least one x-ray detector configured to receive x-rays from the at least one x-ray optic and to record a spatial distribution of the x-rays from the at least one x-ray optic. The at least one x-ray optic includes at least one substrate having at least one surface at least partially surrounding and extending along a longitudinal axis. The distance between the at least one surface in at least one cross-section parallel to the longitudinal axis and the longitudinal axis varies as a function of position along the longitudinal axis. The at least one x-ray optic further includes a plurality of layers and/or at least one damascene crystalline structure on or over at least a portion of the at least one surface. The plurality of layers has a first plurality of first layers comprising a first material and a second plurality of second layers comprising a second material. The first and second layers alternate with each other in a direction perpendicular to the at least one surface.)

波长色散x射线光谱仪

优先权要求

本申请要求于2018年6月4日提交的美国临时申请No.62/680,451和于2018年6月5日提交的美国临时申请No.62/680,795的优先权权益，它们中的每一个通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及x射线光谱仪。

背景技术

X射线荧光(XRF)可以是弹性或非弹性散射的结果，也可以是在用X射线、电子、或其他粒子轰击靶时所发生的能级间跃迁的结果。XRF光谱的详细信息可以提供化学成分信息以及对目标材料的电子结构和/或化学状态的深入剖析。通常通过下述方式来分析XRF光谱：将其与理论计算进行比较或与来自模型材料的已知X射线发射光谱进行比较。XRF光谱通常在宽角度范围内被发射，使得x射线光谱仪可以接受较宽的角度来接收更大比例的发射x射线，以便加快数据收集。

先前已经针对各种相关技术开发了X射线光谱仪。X射线光谱法包括下述两项技术：能量色散光谱法(EDS)、和波长色散光谱法(WDS)，在EDS中使用能量色散固态检测器来分析所发射的x射线的能量，而在WDS中使用晶体或衍射光栅以分散所发射的x射线并且使用至少一个x射线检测器(例如，线性或面积检测器)来记录x射线发射光谱，来分析所发射的x射线。与EDS相比，WDS通常提供更高的能量分辨率，并且WDS中的光谱通常是连续收集的，一次收集一个波长(或能量)，这使该技术更加耗时。

发明内容

根据本文公开的一个方面，提供了一种x射线光谱仪，x射线光谱仪包括至少一个x射线光学器件，至少一个x射线光学器件被配置为接收具有作为关于x射线能量的函数的入射强度分布的x射线；以及至少一个x射线检测器，至少一个x射线检测器被配置为从至少一个x射线光学器件接收x射线，并且记录来自至少一个x射线光学器件的x射线的空间分布。至少一个x射线光学器件包括至少一个衬底，至少一个衬底包括至少部分地围绕并沿着纵轴延伸的至少一个表面。至少一个表面在平行于纵轴的至少一个截面中与纵轴之间的距离按照关于沿着纵轴的位置的函数而变化。至少一个x射线光学器件还包括在至少一个表面的至少一部分之上或上方的多个层和/或至少一个镶嵌晶体结构。多个层包括包含第一材料的第一多个第一层和包含第二材料的第二多个第二层。第一层和第二层在垂直于至少一个表面的方向上彼此交替。

根据本文公开的另一方面，提供了一种x射线光谱仪，该x射线光谱仪包括多层堆叠，该多层堆叠被配置为接收具有作为关于x射线能量的函数的入射强度分布的x射线。多层堆叠包括包含第一材料的第一多个第一层和包含第二材料的第二多个第二层。第一层和第二层彼此交替。多层堆叠的第一部分被配置为引导所接收的x射线的第一部分，并且多层堆叠的第二部分被配置为引导所接收的x射线的第二部分，多层堆叠的第二部分相对于多层堆叠的第一部分横向移位。引导的所接收的x射线的第一部分具有作为关于x射线能量的函数的第一强度分布，并且引导的所接收的x射线的第二部分具有作为关于x射线能量的函数的第二强度分布，第二强度分布不同于第一强度分布。x射线光谱仪还包括至少一个x射线检测器，该x射线检测器被配置为从至少一个x射线光学器件来接收引导的所接收的x射线的第一部分和引导的所接收的x射线的第二部分，并记录来自多层堆叠的引导的所接收的x射线的第一部分和引导的所接收的x射线的第二部分的空间分布。

根据本文公开的另一方面，提供了一种x射线光谱仪，该x射线光谱仪包括至少一个x射线光学器件，至少一个x射线光学器件被配置为接收具有大于100eV的光谱带宽的x射线。至少一个x射线光学器件包括至少部分地围绕并沿着纵轴延伸的至少一个表面；以及在至少一个表面的至少一部分之上或上方的多个层。至少一个x射线光学器件被配置为：针对所接收的x射线的光谱带宽的至少一部分，根据布拉格关系来衍射所接收的x射线并引起其空间分离，该空间分离为关于x射线能量的函数。x射线光谱仪还包括至少一个x射线检测器，至少一个x射线检测器被配置为记录由至少一个x射线光学器件衍射的x射线中的至少一些x射线的空间分布。

附图说明

图1A-1C示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的示例x射线光谱仪的各种配置的截面图。

图1D示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的所接收的x射线的示例x射线光谱以及来自x射线光学器件的x射线的两个示例x射线光谱。

图2A-2B、图3A-3C、图4A-4D和图5A-5B示出了根据本文描述的某些实施例的由选定多层参数引导的所计算的示例x射线光谱。

具体实施方式

本文描述的某些实施例提供了一种利用对不同波长的x射线的平行检测的波长色散x射线光谱仪。在某些这样的实施例中，x射线光谱仪被配置为同时记录由x射线光谱仪接收的x射线的整个x射线光谱或包括一定x射线能量范围的光谱段。

图1A-1C示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的示例x射线光谱仪100的各种配置的截面图。如图1A示意性地图示，x射线光谱仪100包括至少一个x射线光学器件110，其被配置为接收具有作为x射线能量(例如，入射x射线能量光谱)的函数的入射强度分布的x射线10。至少一个x射线光学器件110包括至少一个衬底112，至少一个衬底112包括至少部分地围绕并沿着纵轴120延伸的至少一个表面114。在平行于纵轴120的至少一个截面中，至少一个表面114与纵轴120之间的距离按照关于沿着纵轴120的位置的函数而变化。至少一个x射线光学器件110还包括在至少一个表面114的至少一部分之上或上方的多个层116和/或至少一个镶嵌晶体结构。多个层116包括包含第一材料的第一多个第一层116a和包含第二材料的第二多个第二层116b，第一层116a和第二层116b在垂直于至少一个表面114的方向上彼此交替。x射线光谱仪100还包括至少一个x射线检测器130，至少一个x射线检测器130被配置为接收来自至少一个x射线光学器件110(例如，被其反射；被其衍射)的x射线20并记录来自至少一个x射线光学器件110的x射线20的空间分布。图1A-1C的截面图位于平行于纵轴120的截面(例如，包括纵轴120的截面)中。

在某些实施例中，至少一个衬底112(例如，包括玻璃或氧化硅)包括单个整体元件。例如，衬底112可以包括沿着纵轴120延伸的中空轴向对称结构(例如，轴向对称管)，并且至少一个表面114包括结构的完全围绕纵轴120延伸(例如，环绕纵轴120；围绕纵轴120延伸360度)的内表面。在某些其他实施例中，至少一个衬底112包括沿着纵轴120延伸的中空轴向对称结构的至少一部分(例如，轴向对称管的一部分)，该至少一部分的内表面仅部分地围绕纵轴120延伸(例如，小于360度；在45度至360度的范围内；在45度至315度的范围内；在180度至360度的范围内；在90度至270度的范围内)。在某些实施例中，至少一个衬底112包括多个衬底部分(例如，2、3、4、5、6或更多个)，这些衬底部分彼此分开(例如，在衬底部分之间具有间距)并且围绕纵轴120分布，其中每个衬底部分的表面114至少部分地围绕并沿着纵轴120延伸。例如，多个衬底部分的表面114可以各自在以下述角度范围内围绕纵轴120延伸：15度至175度，30度至115度、和/或45度至85度。

在某些实施例中，至少一个表面114和纵轴120之间的距离(例如，在平行于纵轴120并包括纵轴120的截面中)按照关于沿着纵轴120的位置的函数而变化。例如，表面114可以包括中空的轴向对称结构(例如，管)的内表面，该内表面的内径按照关于沿着纵轴120的位置的函数而变化。

例如，如图1A示意性所示，至少一个表面114的至少一部分在包括纵轴120的平面中可以具有基本笔直的截面轮廓，其中至少一个表面114的该部分的第一内径在沿着纵轴120的第一位置处，并且第二内径在沿着纵轴120的第二位置处，第二内径小于第一内径(例如，至少一个x射线光学器件110可以是锥形的或圆锥形的)。

作为另一示例，至少一个表面114在平行于纵轴120的至少一个截面中(例如，在包括纵轴120的截面中)可以是弯曲的。在某些这样的实施例中，至少一个表面114是凹状的，并且至少一个表面114的表面法线118(例如，在垂直于至少一个表面114的方向上)在沿着至少一个表面114的不同位置(例如，在平行于纵轴120的截面中、在沿着纵轴120的方向上彼此间隔开的不同位置)处是不同的。例如，如图1B和图1C示意性所示，至少一个表面114的第一部分具有第一表面法线118a，并且至少一个表面114的第二部分具有第二表面法线118b。如本文所述，来自至少一个表面114的第一、第二、和第三部分上的多个层116和/或至少一个镶嵌晶体结构的x射线20(例如，x射线20a、20b、20c)具有不同的光谱特性并且在不同的方向上传播，如图1A示意性所示。

在某些实施例中，至少一个表面114具有平行于纵轴120的、在3mm至150mm的范围内的第一线性尺寸(例如，长度)，垂直于第一线性尺寸的、在1mm至50mm的范围内的第二线性尺寸(例如，宽度)，以及在垂直于纵轴120的平面中的在1mm至50mm的范围内的最大线性尺寸(例如，内径；连接表面114上两个点的直线段的最大长度)，在0.1nm至1nm的范围内的表面粗糙度，和/或相对于纵轴120的角度范围在0.01弧度至0.5弧度的范围内(例如，在0.01弧度至0.4弧度的范围内；在0.01弧度至0.3弧度的范围内)的多个表面切平面。

在某些实施例中，至少一个表面114是凹状的，并且表面114的至少一部分在包括纵轴120的截面中具有二次函数轮廓的一部分。在某些实施例中，至少一个表面114(例如，在包括纵轴120的截面中)包括多个部分，该多个部分具有包括相应二次函数轮廓的截面轮廓。与本文描述的某些实施例兼容的二次函数轮廓的示例包括但不限于：至少一个椭圆形；至少一个抛物线；至少一个双曲线；或两个或更多个上述项的组合。

例如，图1B示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的示例x射线光谱仪100的截面图，其中表面114在包括纵轴120的截面中具有椭圆形轮廓的一部分。如图1B示意性所示，x射线源150(例如，发射荧光x射线的样品)位于椭圆形轮廓的第一焦点160处，并且来自表面114的x射线20包括朝向椭圆形轮廓的第二焦点162被引导的并被远离第二焦点162放置的至少一个x射线检测器130接收的会聚x射线束。在某些这样的实施例中，x射线光谱仪100还可以包括置于至少一个表面114和至少一个x射线检测器130之间(例如，在第二焦点162处或其附近)的孔(未示出)。孔的尺寸可以在孔的位置处的x射线束的束大小的20％至300％之间。再举一个例子，图1C示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的示例x射线光谱仪100的截面图，其中表面114在包括纵轴120的截面中具有抛物线轮廓的一部分。如图1C示意性所示，x射线源150(例如，发射荧光x射线的样品)位于抛物线轮廓的焦点170处，并且x射线20由至少一个x射线检测器130准直和接收。

在某些实施例中，在至少一个表面114的至少一部分之上或上方的多个层116包括多个合成多层(例如，多层堆叠；已经依次沉积到表面114和彼此的层116a、116b的堆叠，层116a、116b具有选定材料和选定厚度)。在某些实施例中，第一层116a和/或第二层116b通过以下项中的至少一项形成：原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、溅射、或两个或更多个上述项的组合。

某些实施例的多个层116中的每一个的厚度在0.3nm至9nm的范围内(例如，在0.3nm至6nm的范围内)，并且某些实施例的多个层116的总厚度小于1000nm(例如，小于400nm)。例如，多个层116可以包括数量大于10且小于100,000，大于10且小于10,000，和/或大于10且小于500的层(例如，第一层116a的数量大于5且小于50,000，大于5且小于5,000，和/或大于5且小于250；第二层116b的数量大于5且小于50,000，大于5且小于5,000，和/或大于5且小于250)。

在某些实施例中，多个层116被布置在彼此相邻并彼此重叠的多个层组(例如，层对)中，其中多层堆叠的周期(例如，两个相邻组的对等位置之间的距离)在1nm至20nm的范围内(例如，在1nm至9nm的范围内)。在某些实施例中，一组层内的层的厚度彼此相同，而在某些其他实施例中，一组层内的层的厚度彼此不同。

例如，对于包括彼此重叠的层116a、116b的对的、周期性的多个层116(例如，多层堆叠)，第一层116a中的每一个可以具有第一厚度(d₁)，第二层116b中的每一个可以具有第二厚度(d₂)，并且第一层116a和第二层116b可以周期性地(例如，在沿着至少一个表面114的表面法线118的方向上)彼此交替。多层堆叠的周期可以等于层116a的厚度(d₁)和层116b的厚度(d₂)之和。层116a、116b的厚度可以彼此相同(例如，d₁＝d₂)或层116a、116b的厚度可以彼此不同(例如，d₁/d₂在0.1至3的范围内，在0.1至0.9的范围内，或在0.2至0.9的范围内)。

在某些实施例中，在整个多个层116中周期性不改变，而在某些其他实施例中，周期性确实沿着至少一个方向改变。例如，某些实施例的多个层116以在垂直于至少一个表面114的方向(例如，沿着至少一个表面114的表面法线118的方向)上变化的d间距(例如，多层堆叠周期)分级(例如，多个层116是深度分级的)。某些其他实施例的多个层116以沿着平行于表面114的方向(例如，大体上沿着纵轴的方向；垂直于表面114的表面法线118的方向)变化的d间距(例如，多层堆叠周期)分级(例如，多个层116是横向分级的)。

在某些实施例中，第一层116a的第一材料包括具有第一原子序数(atomicnumber)的第一元素(例如，具有小于或等于15的原子序数的低Z元素)和第一电子密度，并且第二层116b的第二材料包括具有第二原子序数的第二元素(例如，具有大于或等于14的原子序数的高Z元素)和第二电子密度，第二原子序数大于第一原子序数和/或第二电子密度大于第一电子密度。第一元素的示例包括但不限于：硅、硼和碳。第二元素的示例包括但不限于：铬、钼和铂。在某些实施例中，第一材料和第二材料之间的质量密度差大于或等于1g/cm³。

在某些实施例中，至少一个镶嵌晶体结构包括一个或多个镶嵌石墨晶体结构，包括但不限于高定向热解石墨(HOPG)、高度退火热解石墨(HAPG)或其组合。在某些实施例中，至少一个镶嵌晶体结构的厚度在5微米至100微米(例如，10微米至100微米)的范围内，并且镶嵌度(例如，镶嵌扩展)在0.05度至1度(例如，0.1度至1度)的范围内。

在某些实施例中，至少一个镶嵌晶体结构和/或多个层116被配置为：通过引起入射到至少一个x射线光学器件110上并由其引导的所接收的x射线10的光谱改变来提供具有预定强度分布的x射线光谱，该预定强度分布的x射线光谱是关于x射线能量的函数，并且这种光谱改变取决于所接收的x射线10入射到至少一个x射线光学器件110的地方沿着该至少一个x射线光学器件110的位置。例如，如图1A示意性所示，所接收的x射线10的至少第一部分10a在第一组位置处撞击x射线光学器件110的第一部分，并且x射线20a在相应的一个或多个方向上传播，并在相应的一个或多个位置132a处撞击至少一个x射线检测器130。另外，所接收的x射线10的至少第二部分10b在第二组位置处撞击x射线光学器件110的第二部分，并且x射线20b在相应的一个或多个方向上传播并在相应的一个或多个位置132b处撞击至少一个x射线检测器130。

图1D示意性地示出了根据本文描述的某些实施例的入射到图1A-图1C的示例x射线光谱仪100的至少一个x射线光学器件110的所接收的x射线10的示例x射线光谱200(实线)。图1D还示意性地示出了来自沿着至少一个x射线光学器件110的第一位置的x射线20的示例第一x射线光谱210a(虚线)和来自沿着至少一个x射线光学器件110的第二位置的x射线20的示例第二x射线光谱210b(点线)。第一和第二位置在沿着纵轴120的方向上彼此移位(displace)。两个x射线光谱210a、210b在图1D中未被示出为与x射线光谱200或彼此成比例。在某些实施例中，两个x射线光谱210a、210b的两个峰值彼此在1keV以内。尽管图1D示意性地示出了对于来自沿着至少一个x射线光学器件110的两个不同位置的x射线20示出了两个示例x射线光谱210a、210b，随着x射线20被引导的位置沿着至少一个x射线光学器件110移位，x射线光谱210的能量存在连续的移位。

入射x射线光谱200具有作为关于x射线能量的函数的入射强度分布，并且第一和第二x射线光谱210a、210b中的每一个分别具有作为关于x射线能量的函数的相应第一和第二强度分布，其中，第一和第二强度分布中的每一个不同于入射强度分布并且彼此不同。例如，如图1D示意性所示，所接收的入射x射线10(例如，对应于从被电子轰击的x射线靶发射的x射线)的示例入射x射线光谱200在x射线能量的宽范围内(例如，在0.5keV至25keV的范围内)具有显著的强度值，以及特征K_α和K_β发射线，而x射线20的示例第一和第二x射线光谱210a、210b中的每一者具有下述峰值：该峰值在特定的相应x射线能量处具有显著的强度值，而在其他x射线能量处具有低得多的强度值。在某些实施例中，x射线20的能量带宽在100eV至5keV的范围内。

例如，在图1B中示意性地示出的至少一个x射线光学器件110的至少一个表面114的一部分具有与椭圆形的一部分对应的截面轮廓。在某些实施例中，从x射线源150(例如，点源；荧光x射线的发射器；发散x射线源)发射的至少一些x射线入射在至少一个x射线光学器件110上(例如，所接收的x射线10)，并具有一定范围的x射线能量和各向同性的空间分布。如图1B所示，所接收的x射线10a、10b分别相对于与多个层116的相应部分下面的表面114的部分的表面法线118a、118b垂直的平面分别以角度θ_a和θ_b入射到至少一个x射线光学器件110的相应部分。至少一个镶嵌晶体结构和/或多个层116被配置为使得当满足布拉格关系(2d sinθ＝nλ)时获得高反射率(例如，满足衍射条件)，其中d是至少一个镶嵌晶体结构或多个层116的周期，θ是角度，λ是x射线波长，并且n是整数(例如，1、2、...)。在图1B的示例实施例中，x射线20a的波长短于x射线20b(例如，其来自x射线20a被引导的位置的下游位置)的波长，并且因此，x射线20a的能量高于x射线20b的能量。在椭圆形轮廓的第二焦点162的下游，x射线20a和20b在空间上彼此不同。将具有足够空间分辨率的至少一个x射线检测器130放置在焦点162的下游位置处，使得能够对从至少一个x射线光学器件110接收到的x射线20进行光谱分析。

再举一个例子，在图1C中示意性地示出的至少一个x射线光学器件110具有在至少一个表面114的具有与抛物线的一部分对应的截面轮廓的一部分上的多个层116和/或至少一个镶嵌晶体结构。在该实施例中，所接收的x射线10(例如，由荧光x射线的点源或发射器；发散x射线源发射)由至少一个x射线光学器件110引导并且x射线20被准直为平行于纵轴120。具有较高能量和较小偏转角的引导的x射线20a距离纵轴120更远，而具有较低能量和较大偏转角的引导的x射线20b(例如，其来自x射线20a被引导的位置的上游位置)距离纵轴120更近。x射线20a和20b在空间上彼此不同，并且将具有足够空间分辨率的x射线检测器130放置在至少一个x射线光学器件110的下游，使得能够对来自至少一个x射线光学器件110的x射线进行光谱分析。再举一个例子，对于在图1A中示意性地示出的至少一个x射线光学器件110而言，其具有在至少一个表面114的一部分上的多个层116和/或至少一个镶嵌晶体结构，该部分在包括纵轴120的平面中具有基本笔直的截面轮廓。在该实施例中，x射线20a的能量高于x射线20b的能量，并且x射线20a在比位置132b(在该位置处x射线20b撞击至少一个x射线检测器130)更远离纵轴120的位置132a处撞击至少一个x射线检测器130。

在某些实施例中，至少一个x射线检测器130包括被配置为记录从至少一个x射线光学器件110接收到的x射线20的至少一部分的空间分布的像素阵列x射线检测器。例如，像素阵列x射线检测器可以是一维的(例如，沿着一个维度延伸；沿着垂直于纵轴120的一个方向延伸)，也可以是二维的(例如，沿着两个正交维度延伸；沿着彼此垂直且垂直于纵轴120的两个方向延伸)，其中像素大小在1微米至200微米的范围内(例如，在2微米至200微米的范围内；在3微米至200微米的范围内)。与本文描述的某些实施例兼容的示例x射线检测器130包括但不限于：直接检测电荷耦合器件(CCD)检测器、互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器、能量分解x射线检测器、包括x射线闪烁体的间接转换检测器、光子计数检测器。

在某些实施例中，x射线光谱仪100的能量分辨率至少部分地取决于x射线20撞击至少一个x射线检测器130的位置132的空间位移以及像素阵列x射线检测器130的像素的大小。位置132的这些空间位移通过布拉格关系(2d sinθ＝nλ＝nhc/E)而与x射线10的能量相关，该布拉格关系将入射x射线10的不同角度θ(例如，由于至少一个表面114的曲率)和至少一个镶嵌晶体结构的d间距(例如，镶嵌石墨晶体结构内的相邻原子层之间的距离)和/或多个层116的d间距(例如，多层堆叠周期)与x射线波长λ和x射线能量E相关联。例如，如图1A-图1C示意性所示，跨至少一个x射线光学器件110入射的入射x射线10的掠射角(grazingangle)的范围导致跨位置132的范围撞击至少一个x射线检测器130的x射线20的一系列轨迹。因此，至少一个x射线检测器130的空间分辨率(例如，像素的大小)等同于x射线光谱仪100的能量分辨率(例如，每个较小的像素受到较小能量范围内的x射线20的撞击，而每个较大的像素受到较大能量范围内的x射线20的撞击)。在某些实施例中，多个层之间的间距(例如，d间距)，至少一个表面114的曲率，至少一个x射线光学器件110与至少一个x射线检测器130之间的距离，和/或x射线检测器130的空间分辨率(例如，像素大小)被选择以提供预定的能量分辨率(例如，小于50eV)。在某些实施例中，至少一个x射线光学器件110被配置为使得不同的x射线20的x射线能量范围被引导到至少一个x射线检测器130的相应不同区域132上，使得不同区域132的空间位置对应于(例如，并且可以用于区分)不同x射线能量范围内的x射线。例如，根据布拉格关系来选择像素阵列x射线检测器130的像素大小以及x射线光学器件110与像素阵列x射线检测器130之间的距离，以便以足够的能量分辨率记录由x射线光学器件110分散的x射线光谱。

在某些实施例中，至少一个x射线检测器130包括选自由以下项组成的组的能量分解x射线检测器：硅漂移检测器、基于超导体的色度计、锂漂移硅检测器、锂漂移锗检测器、和p-i-n二极管。除了上述针对x射线光谱仪100的能量分辨率的相关性之外，某些这样的实施例的能量分辨率还可以至少部分地取决于能量分解x射线检测器的每个检测器元件(例如，像素)的能量分辨率。

在某些实施例中，x射线光谱仪100还包括至少一个挡光器140，该挡光器140被配置为放置在x射线光束路径中以阻挡(例如，拦截；阻止)沿着纵轴120传播但不照射至少一个x射线光学器件110的多个层的x射线到达至少一个x射线检测器130。某些实施例的至少一个挡光器140限定了以纵轴120为中心的锥角(例如，小于3度；小于50mrad)。至少一个挡光器140可以位于至少一个x射线光学器件110的出口侧(参见例如图1A)和/或位于至少一个x射线光学器件110的入口侧。例如，至少一个挡光器140可以通过机械地耦合到支撑结构的细径向线(thin radial wire)或通过薄膜保持在适当位置。

在某些实施例中，在包括至少一个表面114的衬底112(例如，包括玻璃或氧化硅)上形成(例如，沉积)多个层116。在某些其他实施例中，至少一个x射线光学器件110包括在包括金属材料(例如，镍)的衬底112上的多层堆叠(例如，具有交替的第一层116a和第二层116b的多个层116)。例如，多个层116中的一个或多个层可以沉积在具有被成形为用作供包括多层堆叠的涂层沉积(例如，使用诸如ALD、化学气相沉积(CVD)、溅射等的技术)的心轴的外表面的金属心轴的凸形外表面上(例如，上方)。例如，心轴的外表面可以具有预定二次函数轮廓的一部分的所需轮廓(例如，抛物线；椭圆形；双曲线)，并且所沉积的多层堆叠将具有相同的二次函数轮廓。在所沉积的多层堆叠上添加足够的材料(例如，Ni)以提供足够的刚度之后，然后可以将心轴移除(例如，蚀刻掉；用液氮冷却以促使心轴从多层堆叠中分离)以暴露作为x射线光学器件110的内表面的轴向对称的多层。在某些这样的实施例中，x射线光学器件110可以完全由多层材料组成。

图2A-2B、图3A-3C、图4A-4D、和图5A-5B示出了根据本文描述的某些实施例的由所选多层堆叠参数引导的经计算的示例x射线光谱。图2A-2B对应于多个(N＝40)硅/钼多层，其中该多层堆叠的周期为3nm。图3A-3C对应于多个(N＝40)硅/钼多层，其中多层堆叠的周期为4.5nm。图4A-4B对应于多个(N＝40)碳化硼(B₄C)/铂多层，其中该多层堆叠的周期为4.5nm，以及图4C-4D对应于多个(N＝40)碳化硼(B₄C)/铂多层，其中该多层堆叠的周期为6nm。图5A-5B对应于多个(N＝40)碳化硼(B₄C)/钼多层，其中该多层堆叠的周期为6nm。

下表示出了根据本文描述的某些实施例的各种示例x射线光谱仪100的经计算的光谱覆盖率值。这些示例x射线光谱仪100的表面114(例如，反光镜)是椭圆形的，针对大的源到光学器件的距离(例如，到样本的距离)，该表面近似于抛物线轮廓，并且针对各种入口孔和周期性多层d间距(例如，多层堆叠的周期)进行了计算。对于这些计算中的每个计算，椭圆形半长轴等于源到样本的距离的一半。

表1：示例配置

表2：针对以下三个位置处的各种多层堆叠周期的示例1与示例2的比较：(i)反光镜上游端处，(ii)距上游端2/3反光镜长度处，以及(iii)反光镜下游端处。

表3：针对以下三个位置处的各种多层堆叠周期的示例3与示例4的比较：(i)反光镜上游端处，(ii)距上游端2/3反光镜长度处，以及(iii)反光镜下游端处。

表4：针对以下三个位置处的各种多层堆叠周期的示例5与示例6的比较：(i)反光镜上游端处，(ii)距上游端2/3反光镜长度处，以及(iii)反光镜下游端处。

在某些实施例中，x射线光谱仪100被配置为在0.5keV至4keV的范围内工作，而在某些其他实施例中，该范围扩展至低至0.2keV并且/或者高至14keV。可以使用高效且高能量分辨率的多层涂层来实现这样的x射线能量范围，并且鉴于本文提供的信息，根据本文描述的某些实施例的多层涂层的材料、厚度、和其他参数是清楚的。

在某些实施例中，x射线光谱仪100是x射线分析系统的组件，该系统包括照射样本(例如，被分析的物体)的辐射和/或粒子的激发源(例如，被配置为发射x射线的x射线源；被配置为发射电子的电子源；实验室激发源)。在某些实施例中，激发源包括放置在激发源和样品之间以将辐射和/或粒子引导和/或聚焦在样品上的光学系统(例如，附加x射线光学器件；电子光学器件)。样品被配置为响应于激发而发射x射线(例如，荧光x射线)，并且所发射的x射线被x射线光谱仪100接收、检测、和分析。在某些实施例中，x射线光谱仪100与扫描电子显微镜(SEM)在操作上连通(例如，作为SEM的附件)，并且被配置为接收从SEM中的样品发射的x射线(例如，由于电子轰击SEM中的样品而生成的x射线)。在某些这样的实施例中，x射线光谱仪100被配置为提供对不同元素的软能量x射线荧光特性线(其可能彼此接近或重叠)的能量辨别(例如，通过分解或分离)。

在某些实施例中，x射线分析系统还被配置为校准像素阵列的每个像素的x射线能量(例如，通过接收由具有已知x射线光谱的x射线源发射的x射线)。例如，x射线光谱仪100可以被配置为接收从x射线源发射的x射线10，并且将所接收的x射线中的至少一些引导到至少一个x射线检测器130。

应当理解，本文公开的实施例不是互相排斥的，并且可以以各种布置彼此组合。

本文描述和要求保护的发明的范围不受本文公开的特定示例实施例的限制，因为这些实施例旨在作为说明而非限制本发明的若干方面。任何等同的实施例都意图在本发明的范围内。实际上，除了本文示出和描述的那些之外，通过前面的描述，本发明的形式和细节上的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本发明的广度和范围不应受到本文公开的任何示例实施例的限制。