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tin
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PALLADIUM
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water
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hydrogen
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EDTA
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silicon
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ammonium chloride
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DES
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reso
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ethylene-di-aminotetraacetic acid
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nega
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platinum
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argon
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nitrogen
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hydrochloric acid
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nickel
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Gene Or Protein
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Etre
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Cou
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DANS
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Surfa
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Classi
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CES
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Tre
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Pal-
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Rela
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Physical
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350 micrometres
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10 micrometres
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25 micrometres
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10 m
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de 15 micrometres
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30 minutes
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de 10 m
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de 1,3 x 10-3 Pa
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1 micrometre
(1)
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1,3 x 10-3 Pa
(1)
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30 micrometres
(1)
[45][_]
10 percent de
(1)
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Organism
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[47][_]
precis
(1)
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Disease
(1/ 1)
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Fractures
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2519188A1
Family ID 23436134
Probable Assignee Bell Telephone Labor Inc
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CIBLE D'APPAREIL A RAYONS X A REFROIDISSEMENT PAR water
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LES SOURCES DE RAYONS X.
ON A DECOUVERT QUE LA DIFFUSION D'hydrogen DANS LA SURFACE EXTERIEURE,
REFROIDIE PAR water, D'UNE ANODE EN PALLADIUM PUR 10 INCORPOREE DANS
UNE SOURCE DE RAYONS X, PRODUIT DIVERS EFFETS NUISIBLES. POUR EVITER
CES EFFETS, ON FORME UNE COUCHE BARRIERE POUR L'hydrogen 24, DE
PROFONDEUR LIMITEE, QUI CONSISTE PAR EXEMPLE EN PDSN ET QUI S'ETEND A
PARTIR DE LA SURFACE EXTERIEURE DE L'ANODE. LA SURFACE INTERIEURE OU
SURFACE CIBLE ET LA MAJEURE PARTIE DE L'ANODE EN PALLADIUM NE SONT
PRATIQUEMENT PAS AFFECTEES AU COURS DE LA FORMATION DE LA COUCHE
BARRIERE. L'ANODE MODIFIEE DEMEURE EXEMPTE D'hydrogen PENDANT LE
FONCTIONNEMENT ET PRESENTE DES CARACTERISTIQUES DE DUREE DE VIE
PARTICULIEREMENT AVANTAGEUSES.
APPLICATION AUX SYSTEMES DE LITHOGRAPHIE PAR RAYONS X.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un appareil a rayons X comprenant une
cible destinee a produire des rayons X sous l'effet du bombardement
par des electrons de premieres parties de surface de cette cible, et
des moyens destines a diriger de l'water de refroidissement le long de
secondes parties de surfa- ce de la cible.
On utilise des generateurs de rayons X dans diverses applications
d'importance pratique Le domaine de la lithogra- phie par rayons X est
un domaine important dans lequel on uti- lise de telles sources Un
exemple de systeme de lithographie par rayons X utilise pour fabriquer
des structures telles que des dispositifs a semiconducteur a tres haut
niveau d'integra- tion est decrit dans un article de M P Lepselter,
intitule "Scaling the Micron Barrier With X-Rays," Technical Digest
1980 IEDM, page 42 Une source de rayons X a refroidissement par water,
qui peut avantageusement etre incorporee dans un tel systeme, est
decrite par J R Maldonado, M E Poulsen, T E. Saunders, F Vratny et A
Zacharias dans un article intitule "X-Ray Lithography Source Using a
Stationary Solid Pd Target," J Vac?ci Technol, Vol 16 page 1942 (1979)
Une telle source est egalement decrite dans le brevet US 4 258 262.
Les chercheurs dans le domaine des rayons X ont consacre des efforts
continus a tenter d'ameliorer la cible en palladium decrite dans les
documents precites En particu- lier, ces efforts ont consiste a
essayer de concevoir une ci- ble en palladium a haute puissance
particulierement robuste, caracterisee par une excellente fiabilite,
une longue duree de vie et une maintenance reduite Il est apparu
qu'une source de rayons X comprenant une telle cible pourrait
constituer une base importante pour la realisation d'un systeme de
lithogra- phie par rayons X robuste, utilisable en production, presen-
tant des caracteristiques avantageuses.
Conformement a l'invention, ces problemes sont reso- lus dans un
appareil a rayons X du type decrit ci-dessus, qui est caracterise par
une couche barriere pour l'hydrogen, de profondeur limitee, formee a
l'interieur de la cible et s'eten- dant a partir des secondes parties
de surface.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va
suivre d' un mode de realisa- tion et en se referant aux dessins
annexes sur lesquels: La figure 1 est une representation en coupe
d'une anode cible fixe a refroidissement par water, d'un type classi-
que connu dans la technique; La figure 2 represente une anode cible en
cours de fabrication, comportant une couche deposee sur sa surface
exterieure, conformement a une caracteristique des principes de
l'invention; et Ia figure 3 montre une anode cible terminee dans
laquelle est formee une couche barriere pour l'hydrogen, con-
formement a l'invention.
Pour donner un exemple precis, on considerera spe- cialement ci-apres
un mode de realisation particulier de l'invention qui consiste en une
source de rayons X incorporee dans un systeme de lithographie par
rayons X Il faut cepen- dant noter que la source de forte puissance
fabriquee confor- mement aux principes de l'invention est egalement
adaptee a l'utilisation dans diverses autres applications d'importance
pratique, comme par exemple les etudes de diffraction, la ra-
diographie et la tomographie.
Un systeme de lithographie par rayons X du type de- crit dans les
documents precites comporte une anode cible fi- xe, refroidie par
water Une telle anode 10 est representee sur la figure 1 A titre
d'exemple, l'anode 10 de la figure 1 comprend un cene creux en
palladium pur ou pratiquement pur, ayant une epaisseur de paroi dans
la plage de 200 a 350 mi- crcmetres L'anode 10 est montee, par exemple
par brasage, dans une ouverture circulaire dans un boitier metallique
cy- lindrique 12.
Des electrons, designes par des lignes en traits mixtes 13 sur la
figure 1, sont projetes par une cathode an- nulaire classique (non
representee sur le dessin; voir le brevet US 4 258 262), de facon a
tomber sur une partie de la surface interieure de l'anode conique 10
Sous l'effet du bombardement par des electrons, l'anode 10 emet des
rayons X qui se propagent vers le bas sur la figure 1, avec l'axe lon-
gitudinal 14 pour axe central, de facon a irradier la surface
superieure d'une structure de masque pour rayons X de type classique
(non representee; voir le brevet US 4 258 262).
Le refroidissement de l'anode conique classique 10 representee sur la
figure 1 est effectue en faisant circuler de l'water dans des passages
dans le boitier 12, le long de la surface exterieure de l'anode 10,
comme il est decrit en de- tail dans le brevet US 4 258 262 precite
Sur la figure 1, les fleches 16 representent la direction de
circulation de l'water de refroidissement O Dans le cours du
developpement d'une anode cible de forte puissance pour la
lithographie par rayons X, les inventeurs ont observe que la
caracteristique de duree de vie d'une structure du type represente sur
la figure 1 etait en pratique frequemment inferieure a ce qui est
exige pour cons- tituer la base d'un systeme a rayons X economique et
robuste, du type utilisable en production Au cours de ce developpe-
ment, les inventeurs ont decouvert qu'une cause essentielle de
defaillance ou de degradation des performances d'une telle anode
resultait de l'introduction d'hydrogen dans le cone de palladium a
partir de la surface exterieure de ce cone, re- froidie par water, et
a travers cette surface.
Les inventeurs ont determine qu'une partie des rayons X emis par
l'anode cible 10 de la figure 1 donnent lieu a une interaction avec
l'water utilisee pour refroidir l'anode 10 En particulier, les rayons
X qui sont diriges dans l'water de refroidissement produisent une
dissociation d'une partie de l'water, ce qui forme des atomes
d'hydrogen libre.
Des molecules de H 2 se forment a leur tour a la surface exte- rieure
de l'anode 10 Une partie des molecules de H 2 diffuse dans l'anode
conique 10, le long des frontieres cristallines du palladium
L'hydrogen qui est ainsi introduit dans l'anode forme un compose
d'hydrogen et de palladium qui cree des contraintes internes
importantes dans la structure cristalline du palladium Ceci conduit de
facon caracteristique a des de- formations mecaniques et des
difformites physiques dans la configuration de l'anode, en particulier
aux temperatures re- lativement elevees qu'on rencontre pendant le
fonctionnement du systeme a puissance elevee Ceci fait souvent
apparaitre des fissures, des fractures cassantes et des fentes dans la
structure d'anode Il en resulte que l'integrite mecanique de la
structure est degradee, des points chauds apparaissent frequemment
dans cette structure et, en pratique, une defail- lance prematuree de
l'anode se produit quelquefois. De plus, l'hydrogen qui diffuse a
travers toute l'epaisseur du cone de palladium peut entrer dans la
region a vide pousse qui est etablie a l'interieur de l'anode coni-
que Ceci peut a son tour conduire a une degradation impor-
1 O tante des caracteristiques de fonctionnement specifiees du
systeme. Conformement aux principes de l'invention, une anode cible
pour rayons X de type classique est modifiee de facon a former dans
celle-ci une couche constituant une barriere ef- fective pour
l'hydrogen La figure 2 illustre l'operation initiale de la procedure
des inventeurs pour modifier l'anode.
Sur la figure 2, on voit une couche deposee 18 sur une partie
principale de la surface exterieure de l'anode de palladium 10 decrite
precedemment A titre d'exemple, la cou- che 18 consiste en une matiere
choisie dans le groupe compre- nant l'tin, le plomb, le silicon et le
germanium.
Conformement a une caracteristique des principes de l'invention, la
couche 18 (figure 2) est de preference en tin Pour une anode cible
ayant une epaisseur T dans la plage de 200 a 350 micrometres, on
depose une couche d'tin 18 d'environ 10 a 25 micrometres d'epaisseur,
sur la surface exterieure seulement du c 8 ne 10 On peut former une
telle couche d'tin sur cette surface par divers moyens classiques
connus dans la technique.
Le placage constitue un exemple de moyens utilisa- bles pour former
une couche d'tin sur le cone 10 de la fi- gure 2 En preparation de
l'operation de placage, on commence de facon caracteristique par
nettoyer chimiquement le cene 10, par exemple dans de l'
ethylene-di-aminotetraacetic acid
(EDTA), puis dans un melange de ammonium chloride et d'aci- de
chlorhydrique, puis a nouveau dans l'EDTA Ensuite, on masque ou on
protege de toute autre maniere toutes les surfa- ces du c 8 ne 10, a
l'exception de celles sur lesquelles on doit deposer la couche 18
(figure 2), afin d'eviter la forma- tion d'un placage d'tin sur ces
surfaces On procede ensui r te au placage du c 8 ne, par exemple dans
un bain de fluorobo- tin classique On connecte le ct Ane a la borne
nega- tive d'une source de courant continu Un fil (par exemple en
platinum) immerge dans le bain et encerclant le cone est con- necte a
la borne positive de la source On etablit ensuite dans le bain un
courant d'environ 3 a 10 m Aparcm 2 de la surface du c 8 ne qui doit
etre plaquee A titre d'exemple particulier, une couche d'tin de forme
granulaire de 15 micrometres d'epaisseur a ete deposee sur le cone 10,
comme le montre la figure 2, en environ 30 minutes avec un courant de
10 m A/cm On retire ensuite le cone etame du bain precite, on le rince
dans de l'water desionisee et on le seche En l'absen- ce du masque de
placage precite, le cane plaque se presente sous la forme representee
sur la figure 2 Les parties du co- ne qui ont ete masquees, comprenant
une surface de rebord an- nulaire 20, demeurent non plaquees la
surface de rebord 20 et une partie laterale inferieure du cone sont
destinees a etre fixees, par exemple par brasage, au boitier 12
precite.
On place ensuite le c Cne plaque de la figure 2 dans un four a vide,
par exemple, a une pression de 1,3 x 10-3 Pa, ou moins.
A titre d'exemple, on amene la temperature dans le four jus- qu'a une
valeur finale dans la plage de 650 a 13000 C, sur une duree de 2 a 3
heures (Dans un exemple particulier, on a at- teint une temperature
finale de 110000 en 2 heures) De facon caracteristique, on laisse dans
le four le cone monte, a la temperature finale pendant environ 3 a 4
heures Selon une variante, on peut effectuer le chauffage dans un four
classi- que a une temperature dans la plage de 650 a 13000 C, pendant
une duree de 2 a 3 heures, dans une atmosphere d'un gaz iner- te tel
que de l'argon ou de l'nitrogen.
Pendant l'operation de chauffage ou de recuit pre- citee, tout
hydrogen eventuellement present dans la structu- re en palladium du c
8 ne est chasse de cette structure En ou- tre, pendant l'operation de
chauffage, des parties importan- tes de l'tin plaque initialement sur
la surface du c 8 ne diffusent dans une partie de profondeur limitee
situee sous la surface du c 8 ne, et forment dans cette region un
alliage ou un ou plusieurs composes d'tin et de palladium (en par-
ticulier Pd 3 Sn) La surface du cone qui a ete plaqueeprece- demment
est laissee dans son etat lisse initial, ce qui fa- clite la
circulation de l'water de refroidissement sur cette surface lorsque la
cible modifiee est utilisee dans une sour- ce de rayons X de forte
puissance.
Une partie de l'tin plaque se vaporise pendant l'operation de
chauffage mentionnee precedemment De plus, une partie de l'tin se
deplace le long des frontieres de grains du palladium et atteint
effectivement la surface inte- rieure du co Ane Cependant,
ulterieurement, pendant le nettoya- ge et encore plus tard pendant le
bombardement initial par des electrons et le chauffage, l'tin est
effectivement chas- se de la surface interieure du c 6 ne, jusqu'a une
profondeur d'au moins 1 micrometre De plus, l'aire de ces apparitions
de frontieres de grain a la surface interieure du c 6 ne est
negligeable par rapport a l'aire de la surface principale du palladium
Pour ces raisons, les electrons incidents qui sont diriges vers la
surface interieure ne "voient" que du palladium pur.
Dans un exemple particulier dans lequel l'epaisseur initiale t (figure
2) de la couche d'tin plaquee etait d'en- viron 10 micrometres et
l'epaisseur T (figure 2) du cone de palladium 10 etait d'environ 350
micrometres, l'epaisseur w (figure 3) de la couche precitee situee
sous la surface etait d'environ 0,1 a 10 micrometres seulement (en
fonction de la temperature et du temps) Cette couche situee sous la
surface, qui est designee par la reference 24 sur la figure 3, s'etend
entre la surface exterieure de la cible conique 10 et une frontiere a
l'interieur de la cible qui est representee par la ligne en pointilles
26 (On n'a pas represente sur la fi- gure 3 l'tin des frontieres de
grains afin de ne pas obscur- cir inutilement le dessin et du fait
que, comme indique pre- cedemment, son effet est negligeable)
Ia couche 24 de profondeur limitee qui est represen- tee sur la figure
3 constitue en pratique une barriere effec- tive contre l'introduction
d'hydrogen dans la cible 10 a dc A 511 -13 partir de l'exterieur ou de
la surface de la cible qui est refroidie par water Il est important de
noter que cette cou- che constituant une barriere pour l'hydrogen est
stable et, en pratique, ne reagit d'aucune maniere nuisible
discernable avec l'water utilisee pour refroidir la cible, pendant le
fonc- tionnement prolonge de celle-ci, a puissance elevee.
Un point important consiste en ce que la surface interieure et une
partie importante de la cible 10 sous la surface interieure (voir la
figure 3), ne sont pratiquement pas affectees au cours de la procedure
decrite precedemment dans laquelle on forme la couche barriere pour
l'hydrogen, 24 Par consequent, comme indique ci-dessus, les electrons
qui sont diriges vers la surface interieure de la cible ne
"voient" que du palladium pur Il en resulte que les caracte- ristiques
d'emission de rayons X desirees d'une cible en pal- ladium pur ne sont
pas affectees par la procedure de forma- tion de couche barriere pour
l'hydrogen conforme a l'inven- tion O Apres avoir ete recuit, comme
decrit, le cone 10 est soumis de facon caracteristique a un nettoyage
A titre d'exemple, ceci consiste a abraser legerement le rebord et la
partie laterale inferieure du cene, en preparation pour le brasage De
plus, la surface exterieure du cone est soumise de facon
caracteristique a un nettoyage chimique consistant a plonger le cone
dans de l'EDTA et dans du ammonium chloride et de l'hydrochloric acid
On rince ensuite le cene nettoye dans de l'water desionisee.
A ce point, on place le cone 10 dans un dispositif de montage
classique approprie et on le monte en position sur le bottier 12 A
titre d'exemple, un anneau de brasage 22, constituant par exemple en
un alliage nickel-or classique (tel que la matiere de brasage Nioro
fabriquee par la firme Englehard Industries, Newark, New Jersey) est
intercale entre le cone 10 et le boitier 12, comme le montre la figure
3 * Le brasage est accompli, par exemple, dans un four a vide a une
pression d'environ 1,3 x 10-3 Pa A titre d'exem- ple, une temperature
d'environ 10000 C pendant environ 30 mi- nutes realise le brasage
Ensuite, on procede a un nettoyage supplementaire du cone Ceci
comprend une legere abrasion de la surface exterieure du cone avec de
l'alumine, suivie par un nettoyage chimique par immersion dans 1 'EDTA
et le Triton-
X (fabrique par la firme Rohm and Haas, Philadelphie, Pennsylvanie) On
rince ensuite le c 8 ne nettoye dans de l'water desionisee A ce point,
le c 5 ne monte est prgt pour l'instal- lation dans un systeme a
rayons X. Comme decrit ci-dessus, on peut deposer une couche d'tin 18
(figure 2) sur la surface exterieure de la cible 10, dans une
operation de placage Cependant, conformement aux principes de
l'invention, on peut former la couche d'tin de diverses autres
manieres classiques connues dans la techni- que Ainsi, on peut par
exemple former une couche du type de- crit precedemment sur la surface
exterieure de la cible en appliquant sur cette surface de l'tin a
l'etat de fusion.
Selon une variante, on peut former sur cette surface une cou- che
d'tin appropriee par une operation de pulverisation classique ou par
des techniques classiques de depot chimique en phase vapeur (CVVD).
En outre, conformement a l'invention, des matieres autres que l'tin
conviennent pour l'application sur la sur- face exterieure de la cible
10 (figure 2),pour former la cou- che 18 Ces matieres, toutes deposees
de facon a former une couche d'epaisseur t de 1 a 30 micrometres,
comprennent le plomb (applique par placage, pulverisation cathodique
ou depft chimique en phase vapeur) et le silicon ou le germanium (ap-
pliques par les techniques classiques de projection par plasma, par
pulverisation cathodique ou par depot chimique en phase vapeur) Apres
depot, on fait diffuser chacune de ces autres matieres a l'interieur
de la cible, pour qu'elle forme dans cette derniere une couche
barriere pour l'hydrogen de profon- deur limitee O On effectue par
exemple ceci par une operation de chauffage dans un four a vide (ou
dans une atmosphere de gaz inerte), conformement a la procedure
decrite ci-dessus pour l'tin.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportees au
dispositif decrit et represente, sans sortir du cadre de l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Appareil a rayons X comprenant une cible (10) destinee a produire
des rayons X sous l'effet du bombardement par des electrons de
premieres parties de surface de cette cible, et des moyens destines a
diriger de l'water de refroidis- sement (16) le long de secondes
parties de surface de 2 acible, caracte- rise en ce qu'une couche
barriere pour l'hydrogen (26), de profondeur limitee, est formee a
l'interieur de la cible et s'etend a partir des secondes parties de
surface.
2 Appareil selon la revendication 1, caracterise en ce que la cible
consiste en palladium et la couche consiste en un compose de palladium
et d'une matiere choisie dans le groupe comprenant l'tin, le plomb,-le
silicon et le germanium.
3 Appareil selon la revendication 2, caracterise en ce que le compose
consiste en Pd 35 n.
4 Appareil selon la revendication 3, caracterise en ce que la cible
comprend une piece conique creuse, les pre- mieres parties de surface
constituent une partie d'aire rela- tivement faible de la surface
interieure de cette piece, les secondes parties de surface constituent
une partie d'aire re- lativement grande de la surface exterieure de la
piece, et l'epaisseur de la couche barriere pour l'hydrogen n'est que
d'environ 10 percent de l'epaisseur totale de la piece.
5 Systeme de lithographie par rayons X a puissance elevee et a longue
duree de vie, adapte a la fabrication de dispositifs a tres haut
niveau d'integration, caracterise en ce qu'il comprend une piece
conique creuse (10) qui comporte une surface interieure comprenant des
regions de cible prevues pour etre bombardees par des electrons
incidents, et qui com- prend une surface exterieure destinee a etre
refroidie, cette piece comprenant une couche barriere pour l'hydrogen
(24), de profondeur limitee, qui s'etend dans la piece a partir de la
surface exterieure, tandis que le reste de la piece est en palladium
pratiquement pur, ladite couche consistant en un compose de palladium
et d'tin, et des moyens destines a faire circuler de l'water de
refroidissement (16) le long d'une partie notable de la surface
exterieure.
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