2.1. 单快照XANES

光束由双层单色仪（DMM）过滤。两个多层（ML）反射镜由可用面积为300 mm×60 mm的单晶硅衬底组成，衬底上覆盖有W/Si涂层。在每个镜子上，300个单层d日间距为5.8nm（1.2/1.7nm，W/Si）。此外，根据之前在别处测得的摇摆曲线（Riesemier等人。, 2005)带宽ΔE类/E类约1.7%[半高宽（FWHM）]。如果我们考虑7 keV的中心入射能量（涵盖Fe XANES范围），则可获得约180 eV（1.5×FWHM）的可用范围。

使用厚度为0.53mm、直径为100mm的弯曲Si（111）晶片（SIEGERT wafer GmbH，Aachen，Germany）作为分散元件。为了控制弯曲半径，内部设计和制造了一个装置（图2). 将晶圆放置在一根杆（蓝色元件）上，并固定在三个点上。其他两个位置形成实际的折弯机构，其中一侧固定（深绿色元件），另一侧通过螺钉（粉红色元件）调节深度。通过转动螺丝，晶片被凸出地弯曲。圈数（或施加的压力）定义了晶体的弯曲半径。必须调整半径，直到获得由透射光束的所需能量组成的发散光束（图1).

图2 `晶圆弯曲机。(一)放置和弯曲晶圆的设备的总体草图。(b条, c)所需能量范围所需曲率半径计算工作原理的详细信息。

可实现的实验能量分辨率受到其固有分辨率的限制(ΔE类/E类≃ 1.4 × 10⁻⁴)以及曲率半径。然而，较强的弯曲导致较大的反射能量范围和较差的能量分辨率。可检测能量范围受探测器尺寸的限制。因此，对于更高或更低的期望能量，必须调整曲率半径和几何形状。

曲率半径的计算必须在测量之前进行。我们取所需分析范围内的最低和最高能量。假设我们想调查FeK（K）-边缘（7112 eV），对于XANES，我们需要200 eV的范围。我们将7100 eV作为最低能量，7300 eV为最高能量。然后，使用布拉格方程计算入射角。

虽然X射线因凸形晶体而发散，但曲率半径(第页)可以使用几乎会聚的X射线束轻松计算（图2c). 交点对应于圆周的中心，其到晶体表面的距离是半径。取图2中所示的几何关系(c)（蓝色和红色虚线），我们得到半径，第页，给定为

其中BW是光束宽度（我们现在认为为10 mm），以及α和β是与入射角相邻的角θ₁和θ₂分别是。在我们的示例中，值为第页=4589 mm。

CXC由科学仪器研究所（德国柏林IfG）、联邦材料研究与测试所（BAM）、PNSensor GmbH（德国慕尼黑）和应用光子学研究所eV（德国柏林IAP）开发和测试。CXC由一个264×264像素的pnCCD芯片组成（由PNSensor开发）。如果在单计数模式下使用，则确定每个光子的能量和芯片上的位置。在12.7 mm×12.7 mm的成像面积上获得48µm的空间分辨率。它对高于50%的3至17 keV能量区的光子敏感，受到50µm铍窗口和450µm敏感芯片厚度的限制。实际芯片的读出速率为1000 Hz（Scharf等人。, 2011).

由于光谱模式下的CXC的处理极限约为200万个光子通量密度（约10¹⁰ 秒⁻¹毫米⁻²)对于Fe-K（K）DMM提供的数据必须减少。因此通量密度在CXC通过所有设备后，先前通过使用350µm厚的铝过滤器对实验进行了计算和优化，以避免CXC过载。在这种情况下，考虑到样品中的吸收和弯曲晶体的反射率通量密度约6×10⁶ 秒⁻¹毫米⁻²获得。

2.2. 单快照EXAFS

在这个实验中，探测器和光源被调整到整个系统所需的能量带宽EXAFS公司光谱。由于CXC中pnCCD的芯片面积仅为12.7 mm×12.7 mm，因此不可能获得吸收光谱。为此，使用了荧光屏和基于CCD相机的面积敏感探测器（图1c). CCD相机是VersArray®系列相机的EEV CCD42_40型号（美国新泽西州普林斯顿仪器公司），2048×2048像素。每像素13.5µm的空间分辨率允许27.6 mm×27.6 mm的成像面积。它在珀尔贴冷却机制下工作，并具有自动快门触发器。摄像头控制器允许在软件控制（WinView/32）下指定读取速率、片上装箱参数和感兴趣区域。

CCD的另一个重要特征是位深(n个)在我们的例子中是16。相机记录0到2之间的值^n个，用于对比图案。此图案是对样品吸收轮廓的直接测量。该剖面被校正为平场，得到的剖面是我们的EXAFS公司光谱。使用图像J软件（施耐德等人。, 2012). 这种设置的另一个不同方面是应用所谓的“带通”作为源。全反射模式（也称为“镜像”模式）下的数字万用表与滤波器相结合，可实现EXAFS公司为感兴趣的元素选择。例如，我们可以调整数字万用表（DMM），以完全反映10千伏之前的所有能量，并将其与60微米厚的铝过滤器结合，其传输从6千伏大幅增加。最后，这种组合产生了图3所示的“带通”[用模拟射线软件（Schäfers，2008)]. 对于EXAFS公司铜的测量-K（K），总计光子通量为1.5×10¹³ 光子s⁻¹获得。由于数字式万用表由W组成（如上所述），因此特征WL（左）-在这个能量尺度上，边缘是可见的。

图3 DMM作为反射镜和60µm厚的铝过滤器之间的“带通”获得的光子通量的图形表示。对于铜的EXAFS测量-K（K），总计光子通量为1.5×1013 光子−1获得。

3.1. 单快照XANES

在参考金属箔和含有不同氧化状态的制备铁化合物上测试时间和同时空间分辨XANES测量。

所有测量值均由pnCCD在“沉积能量”模式下采集。这意味着在测量期间，光子击中每个像素所产生的电子数（电流）将被计数并累积，这与使用电离室。累积电流与样品中的吸收成正比，即电流越大，吸收越低。

此外，进行了无样品测量（“空”）。这提供了系统“暗电流”的测量值，允许对设置固有的可能不均匀性进行补偿[例如来自Si（111）晶体]。之后，实际测量值与校正到暗场的样品测量值相对应，这将是我们的XANES数据。

此处显示的所有数据均由IDL内部开发的例程读取^® 8.3加载从CXC（*.h5文件）存储的原始数据，读取沉积的能量，将其校正为暗区，并以ASCII格式保存。然后使用雅典娜软件（Ravel和Newville，2005年).

为了进行能量校准，选择了Si（111）双晶单色器（DCM）代替DMM作为第一元件，以提供单色激发光束。以10 eV的步长扫描300 eV的能量范围。CXC中出现最大强度的通道已确定。根据方程式，得出了通道与能量之间的线性关系

对于这种设置，在该能量范围内，每个通道的平均分辨率为1.8 eV。

3.1.1. 金属参考箔的测量：时间分辨率

第一次测量是在10µm厚的Fe金属箔上进行的，光束高度为8 mm，宽度为10 mm。DMM设置为FeK（K）-边缘能量（7112 eV），中心能量周围的带宽为200 eV。如图4所示(一)显示了获得的10µm厚Fe箔的强度分布以及“暗场”。在Fe之后，最大的变化是显而易见的K（K）-边缘（在能量7112eV处，沟道180），其中获得约18的边缘跳跃。XANES光谱是通过将箔的强度分布归一化为暗场获得的，如图4所示(b条).测量时间为5分钟。

图4 (一)获得了10µm厚铁金属箔和“空”测量的强度分布。(b条)10µm Fe箔的XANES光谱；强度归一化为暗场，测量时间为5分钟。

使用10µm厚的Fe箔检查不同采集时间下的信噪比：60 s、30 s、10 s、5 s和1 s。图5中描述了测量的XANES光谱以及CXC获得的强度图分布。还介绍了同一参考箔的常规测量XANES光谱。几秒钟内获得的吸收特性与传统XANES中的吸收特性非常相似。根据观察到的特征所需的统计数据，时间分辨率可以降到1s。

图5 不同采集时间（60秒、30秒、10秒、5秒和1秒）的XANES剖面图，以及CXC和传统XANES光谱获得的强度分布图。

3.1.2. 铁的测量_x个O（运行）_x个化合物：时间和横向分辨率

由于CXC是一种能量敏感区域探测器，可以同时提供一维的时间和空间分辨率，这意味着可以区分分析样品区域内的不同氧化状态。为此，制备了两种不同的氧化铁化合物，通过X射线粉末衍射进行了表征，并将其置于样品架中。在图6中给出了这一原理的方案、样品信息和获得的光谱。

图6 同时进行时间和横向分辨率XANES测量的原理：(一)铁2O（运行）三样品架中的FeO；(b条)所用设置的草图；(c)CXC获得的强度图；(d日)两种氧化铁的对应光谱(γ-铁2O（运行）三和FeO）；测量时间10分钟。

γ-铁₂O（运行）_三制备粉末中的FeO，并将其放置在1 mm厚的样品架中，以获得约10的边缘跳跃。为此，用氮化硼稀释两种粉末，以填充整个1mm厚的支架。在这种情况下，不同的氧化物间隔1 mm（图6一). 使用8 mm高的光束覆盖这两种氧化状态。传输的信号在受到弯曲晶体的衍射后，携带有关两种氧化状态的信息，并由pnCCD立即记录下来（图6b条). 如上所述，测量是在“沉积能量模式”下进行的，其结果是图6所示的强度图(c).可实现的横向分辨率在这种几何结构中，pnCCD探测器的像素大小受到限制，在我们的情况下为48µm。使用以下公式对获得的光谱进行拟合和归一化雅典娜软件（Ravel&Newville，2005). 这两种氧化状态可以一次区分（图6d日)，显示出约5 eV的预期边缘偏移（通过同一图中的一阶导数图可以更好地看到）。

3.2. 单快照EXAFS

§3.1.2中解释的相同程序已应用。试验在Cu金属参考箔上进行。就整体而言EXAFS公司范围，该装置进行了优化，以允许约770eV的能量范围。考虑到Si（111）晶体的固有分辨率，选择了2个CCD（1024像素），这使得能量分辨率比晶体固有分辨率高约50%。

对于能量校准，总能量范围为660 eV Cu-K（K）已扫描。确定了CCD中出现最大强度的像素。根据方程式，获得了像素和能量之间的线性关系

对于这种设置，平均分辨率为0.75 eV像素⁻¹在这个能量范围内获得。

3.2.1. Cu金属参考箔上的测量：时间分辨率

第一次实验测试是在12.5µm厚的Cu-金属箔上进行的，这导致吸收跃变约为16。在本实验中，选择了2×4的CCD装箱。通过这种配置，相机的1024×62像素区域被照亮，实际上相当于27.6 mm×3.3 mm[（1024×2×13.5）µm×（62×4×13.5，）µm]。

测量时间为6 s，并应用了相应的平场校正。图7(一)显示了由12.5µm厚的铜箔产生的强度图案。图7(b条)显示了在整个区域内获得的剖面。可以通过分析平场的一致性来检查设置的稳定性。图7(c)图7显示了平场两个测量值的分割强度模式，并绘制了相应的剖面图(d日)。平场相当一致，因为轮廓的平均值沿整个照明区域保持接近统一。

图7 在12.5µm厚的铜箔上，在6 s内单次拍摄EXAFS(一)校正到平场的强度模式。(b条)平场两个测量值的划分强度模式。(c)EXAFS公司从整个照明区域（1024×62像素）获得的轮廓。(d日)各自的一致性与平均值接近统一。

当我们仔细看单曲时EXAFS公司整个1024×62像素ROI的轮廓（图7c)，注意到吸收特性的差异。这很可能是由于样本中的异质性。为了证明基本目的，我们考虑平均值EXAFS公司整个ROI的概况。

此时，检索由EXAFS公司用这种新模式进行剖析，并将其与传统模式进行比较；按照惯例，我们的意思是用单色仪连续调节入射能量，直到整个EXAFS公司存储频谱。在这种情况下，使用两个电离室在传输中进行测量，采集时间为35分钟。对12.5µm厚的铜箔进行6秒和1秒的测量EXAFS公司将光谱校正为平场并加载到雅典娜软件（Ravel&Newville，2005)用于数据评估。图8(一)显示未经处理和未正常化的EXAFS公司在6s和1s内获得的光谱。两个光谱之间的信噪比几乎没有变化。然后应用前边缘和后边缘归一化，并将得到的归一化光谱与同一箔的常规测量光谱一起绘制出来（图8b条). 未观察到吸收特征的差异。

图8 在12.5µm厚的铜箔上进行单次拍摄EXAFS。(一)非规范化μ(E类)整个采集时间为6s和1sEXAFS公司光谱。(b条)标准化（Normalized）μ(E类)与传统采集时间相比EXAFS公司光谱。(c)波函数和(d日)相应的Fourier将数据转换为R（右）.

图8(c)显示了根据波数绘制的三个光谱(k个)，其中突出了吸收特征的振幅。可见，信噪比从大约k个= 8 Å⁻¹对于单发EXAFS公司。由于吸收特性随着增加而变弱k个CCD的灵敏度也较低。然而，Fourier使用窗口传输数据，直到k个= 8 Å⁻¹与传统的EXAFS光谱相比，可以获得相当可靠的数据，最多可以获得三个配位壳层（直到大约6Å）（见图8d日). 然而，振幅略有下降（主要是2.2°时的第一个壳体）。这很可能与样本内的异质性有关，因为我们为此采用了平均信号。