X射線鍍層測厚儀通過熒光激發與信號分析實現非接觸式厚度測量,其核心原理可分為熒光激發、信號捕獲、元素分離及厚度計算四個關鍵環節:
熒光激發
儀器搭載微型X射線管(如鎢靶或鉬靶),發射能量可調的高能X射線束。當射線穿透鍍層時,原子內層電子(如K層)被擊出形成空穴,外層電子(如L層)躍遷填補時釋放特征X射線熒光。例如,鎳鍍層在激發下會釋放8.26keV的特征熒光,其能量與原子序數嚴格對應,成為元素識別的“指紋”。
信號捕獲
鍍層與基底元素不同時,二者熒光能量存在差異。儀器通過高分辨率硅漂移探測器(SDD)同時捕獲兩類熒光信號。以金鍍層(Au)在銅基底(Cu)上的測量為例,金熒光(68.8keV)與銅熒光(8.05keV)在能譜圖中形成獨立峰位,通過多道分析器(MCA)實現信號分離。若鍍層為合金(如錫鉛合金),則需解卷積處理混合熒光信號。
厚度計算
標準曲線法:預先測量不同厚度標準樣品的熒光強度,建立厚度-強度數據庫。例如,某儀器對0.1-10μm鎳鍍層的測量,通過20組標準樣品擬合出二次多項式曲線,誤差控制在±0.05μm內。
薄膜FP法(基本參數法):基于X射線與物質相互作用的量子理論,輸入鍍層密度、基底吸收系數等參數,通過迭代算法直接計算厚度。該方法無需標準樣品,適用于多層鍍層(如Au/Ni/Cu三鍍層)的同步分析。