【摘要】：X射線的波長短、能量高、穿透力強(qiáng)。X射線顯微成像技術(shù)可以對物質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行三維無損傷檢測與成像,被用于生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、集成電路等多個領(lǐng)域。X射線菲涅耳波帶片由一系列面積相等的同心圓環(huán)組成,是X射線顯微成像中聚焦和成像的核心元件。根據(jù)瑞利分辨率公式以及X射線衍射聚焦特性,它的分辨率取決于最外環(huán)的寬度,衍射效率取決于波帶片的高寬比。X射線菲涅耳波帶片的傳統(tǒng)加工技術(shù)是采用電子束曝光與金屬電鍍的方法進(jìn)行制備。隨著科學(xué)研究的不斷深入,X射線顯微成像向高分辨、高衍射效率以及高能量波段的方向發(fā)展,分辨率逐漸逼近30 nm�；陔娮邮毓獾闹苽浼夹g(shù)對于納尺度與大的高寬比的結(jié)構(gòu)已經(jīng)逼近了技術(shù)極限。目前,全世界正在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上,努力克服電子束曝光的局限性,研發(fā)高分辨高衍射效率X射線波帶片的納米加工創(chuàng)新工藝。本文通過在中心細(xì)絲表面采用原子層沉積(ALD)技術(shù),沉積高精度的多層膜波帶結(jié)構(gòu),然后聚焦離子束(FIB)將它切成需要的厚度,以實(shí)現(xiàn)任意需求的超大高寬比,主要內(nèi)容分為以下三個部分:(1)通過計(jì)算不同材料體系下X射線菲涅耳波帶片的結(jié)構(gòu)參數(shù)與衍射效率的關(guān)系,明確了 X射線波帶片的材料選取規(guī)則,確定了四種材料體系(Al2O3/HfO2、Al203/Ir、Si02/Hf02、Al203/Ta2O5)下波帶片最大衍射效率的波帶片厚度,設(shè)計(jì)了能量在500eV和9keV下的軟、硬X射線波帶片結(jié)構(gòu),確定了 Al2O3/Hf02作為疊層材料,波帶片中心絲直徑為30和55 μm,環(huán)數(shù)為174和216環(huán),每環(huán)厚度以及最外環(huán)寬度為25和40 nm。(2)探究了在單面拋光的硅片上,用ALD制備Al203、HfO2和Ta205薄膜的生長特性。利用熱腐蝕法腐蝕光纖包層,制備中心玻璃光纖;用電化學(xué)腐蝕拋光制備粗糙度小的金屬鎢絲,作為菲涅爾波帶片的中心絲。在單面拋光的硅片和細(xì)絲上制備10nm等厚疊層,利用SEM、AFM以及橢圓偏振儀表征制備工藝不受襯底材料的影響。然后以鎢絲和玻璃光纖作為中心絲制備軟、硬X射線波帶片多層膜結(jié)構(gòu)。(3)用FIB切割、拋光能量為9keV,最外環(huán)寬度40 nm的Al2O3/Hf02多層膜結(jié)構(gòu),制備X射線波帶片,并檢測成像性能。設(shè)計(jì)三種不同特征的波帶片樣品夾具,初步檢測出硬X射線波帶片的衍射效率為7.8%。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O434.1
【圖文】：

分辨率高達(dá)ｌｎｍ［２Ｉ，２２］。而后，Ｋｉｒｚ、Ｒａｒｂａｃｋ和Ｊａｃｏｂｓｅｎ等再次以同步福射光源為逡逑Ｘ射線源，建立了分辨率達(dá)到亞微米量級和亞１００邋ｕｒｎ的掃描透射式實(shí)驗(yàn)站［２３，２４】。逡逑ＳＴＸＭ的光路圖如圖１－２所示。其光源為同步輻射光源制成的Ｘ射線光束，逡逑樣品置于聚焦波帶片焦點(diǎn)處，光源經(jīng)過波帶片到達(dá)樣品上，透過的Ｘ射線可以被逡逑位于樣品后的探測器檢測到，并通過測量檢測到的光通量進(jìn)行測量。該方法操作逡逑簡單，使用方便，只需要移動樣品位置，就可以對樣品進(jìn)行掃描，且任意大小圖逡逑像的信息都是由樣品位置和電信號組成的。逡逑ＳＴＸＭ在使用過程中，由于只需要一個聚焦波帶片，光源能量被吸收和散射逡逑的較少，除去被樣品吸收的部分，都可以產(chǎn)生有用的信號，因此不需要像ＴＸＭ那逡逑么強(qiáng)的同步輻射光源能量，對樣品的輻射損傷較小。但是，它工作時(shí)需要一整套逡逑的圖像采集系統(tǒng)，如果要采集分辨率較高的圖像，需要花費(fèi)很長時(shí)間；而且還必逡逑須使用高精度的樣品掃描系統(tǒng)

Ｍａｇｎｅｔ逡逑ＣＣＤ逡逑圖１－１邋ＴＸＭ成像示意圖逡逑Ｆｉｇ邋１－１邋ＴＸＭ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ｓｔａｔｉｏｎ逡逑１．２．２掃描透射式Ｘ射線顯微成像技術(shù)逡逑１９７２年，世界上第一個ＳＴＸＭ實(shí)驗(yàn)站在Ｈｏｒｏｗｉｔｚ和Ｈｏｗｅｌｌ兩位杰出科學(xué)家逡逑的主持下成功建立，這也是第一個以同步輻射光源為Ｘ射線源的成像系統(tǒng)，它的逡逑分辨率高達(dá)ｌｎｍ［２Ｉ，２２］。而后，Ｋｉｒｚ、Ｒａｒｂａｃｋ和Ｊａｃｏｂｓｅｎ等再次以同步福射光源為逡逑Ｘ射線源，建立了分辨率達(dá)到亞微米量級和亞１００邋ｕｒｎ的掃描透射式實(shí)驗(yàn)站［２３，２４】。逡逑ＳＴＸＭ的光路圖如圖１－２所示。其光源為同步輻射光源制成的Ｘ射線光束，逡逑樣品置于聚焦波帶片焦點(diǎn)處，光源經(jīng)過波帶片到達(dá)樣品上，透過的Ｘ射線可以被逡逑位于樣品后的探測器檢測到，并通過測量檢測到的光通量進(jìn)行測量。該方法操作逡逑簡單

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2714784