大高宽比硬X射线波带片制作及聚焦测试

为得到同步辐射光源硬X射线波段(2keV)需要的高宽比高分辨率波带片,本文利用高加速电压(100kV)电子束光刻配合Si3N4镂空薄膜直写来减少背散射的方法,对硬X射线波带片制作技术进行了蒙特卡洛模拟和电子束光刻实验。模拟结果显示:Si_3N_4镂空薄膜衬底可以有效降低电子在抗蚀剂中传播时的背散射,进而改善高密度大高宽比容易引起的结构倒塌和粘连问题。通过调整电子束的曝光剂量,在500nm厚的镂空Si_3N_4薄膜衬底上制备出最外环宽度为150nm、金吸收体的厚度为1.6μm,高宽比大于10的硬X射线波带片。同时,引入随机支撑点结构,实现了波带片结构自支撑,提高了大高宽比波带片的稳定性。将利用该工艺制作的波带片在北京同步辐射装置X射线成像4W1A束线8keV能量下进行了聚焦测试,得到清晰的聚焦结果。     

大面积软X射线自支撑金透射光栅的研制

针对等离子体诊断及空间环境探测等领域对软X射线透射光栅的需要,采用全息光刻和微电镀技术制作了自支撑软X射线金透射光栅.在基底与光刻胶之间增加减反膜层以降低高反射基底引起的驻波效应对掩模槽形的影响,使用全息光刻技术获得了侧壁陡直的光栅掩模.然后,在掩模顶部镀保护层并使用反应离子刻蚀获得电镀掩模,通过改变保护层厚度来调节电...     

软X射线狭缝透射光栅谱仪的研制

介绍了软X射线狭缝透射光栅谱仪的基本原理,得出光谱分辨率的理论计算公式,同时给出狭缝光栅的几何结构和相应的各种参数.在真空系统的实验条件下,对不同物质进行了激光累积打靶实验,得到其相应的软X射线光谱图,由这些光谱图可以回推光谱线,进行激光等离子体的诊断.从所做的实验结果中选出效果较好的光谱图,用显微密度计对其进行扫描,得到光强随距离的变化关系,可以用于标定实验和元素的定量分析.     

软X射线双频光栅设计及制作

以软X射线双频光栅作为剪切干涉元件,研究了剪切干涉法在激光等离子体诊断实验中的应用.为提高实验成功率,研究了双频光栅栅线的平行度及光栅效率.根据软X射线双频光栅栅线平行度与剪切干涉系统的干涉图像的关系,理论计算得出光栅平行度的指标要求.在全息曝光工艺中,通过衍射光斑位置检测法和莫尔条纹法确认光栅平行性,保证光栅平行度达到0.01°.利用合肥国家同步辐射实验室计量站对双频光栅的两组-1级衍射效率进行测试.测试结果显示,光栅平行性满足系统要求,光栅的两组-1级衍射效率均达到10％.软X射线双频光栅剪切干涉实验结果表明,双频光栅平行度及衍射效率满足激光等离子体诊断实验需求.     

X射线显微镜

本文回顾了Ｘ射线显微镜的研究历史，介绍了Ｘ射线显微镜工作原理和应用，展望了Ｘ射线显微镜的发展前景。     

X射线单色成像用透射式对数螺线晶体分析器

利用对数螺线晶体在大视场范围内的保角特性,研究了一种用于等离子体X射线单色成像的透射式对数螺线晶体分析器。与反射式弯晶成像谱仪相比,该分析器具有单能成像视场更大,实现相同放大倍数时的空间排布简单等优点。根据晶体衍射成像原理及对数螺线晶体的表面方程,分析了透射式对数螺线晶体分析器的成像原理以及成像性能,包括子午、弧矢放大倍数以及视场大小等。以铜靶X射线源为背光源,用研制石英晶体透射对数螺线分析器对网丝直径为100μm的金属网格进行了单色背光成像实验。实验结果表明,晶体分析器的空间分辨力约为30μm,子午和弧矢方向视场分别达到15.938 7mm和5.900 6mm。     

PMMA材料制作X射线组合透镜技术研究

给出了基于衍射理论的评价X射线聚焦组合透镜三维聚焦性能的理论方法.利用该理论方法分析得出X射线组合透镜的聚焦性能与透镜的工作波长、透镜材料、单元透镜数量及凹面半径等参数之间的关系.用LIGA技术中的软X射线光刻方法制作了PMMA材料X射线组合透镜.该组合透镜由40个平凹折射单元依次排列而成,相邻的两透镜单元彼此相切,凹面半径分别为200 μm,400 μm,500 μm,600 μm,700 μm.此外,X射线组合透镜的表面粗糙度测试结果表明,粗糙度均方根值小于50 nm.     

用透射光栅谱仪测量多层膜的反射特性

软X射线多层膜是当前应用光学和工程光学的研究热点之一,反射率是其性能和膜层质量最直观的参数,它的测量对了解多层膜性能和改进多层膜制备工艺具有重要意义。本文介绍采用带有前置光学系统的大面积透射光栅光谱仪分光,让软X射线多层膜反射+1级或-1级软X射线,用国产的SIOFM型X射线胶片接受软X射线,通过测量可定性地判断多层膜制备质量,为改进多层膜制备工艺提供重要的参考依据。     

X光光刻工艺微针阵列的制备、测试和仿真

为了提高透皮给药的效率,降低传统注射对人体的疼痛感,需要制备微针阵列结构。本文介绍了一种新的微针阵列结构的制造技术。利用日本立命馆大学的同步辐射光源AURORA进行两次X光移动光刻和一次固定X光光刻技术,在PMMA光刻胶上得到微针阵列。通过采用不同的掩膜版图形以及对不同位置的空心孔进行X光光刻,获得了不同规格的空心微针阵列,针对固定X光光刻时对准的问题,自行研制了X光光刻对准装置,实验结果证明,该装置能实现空心微针阵列的制备。并且进行了微针刺穿测试,结果证明微针有足够的强度。为了达到低成本批量复制微针阵列的目的,还进行了微针模具的倒模和复制实验,成功得到金属镍实心微针阵列。最后,针对光刻过程中微针阵列结构的侧面形状发生畸变的情况,对移动X光光刻建立了仿真预测,将仿真预测结果与实验结果进行了比较,结果表明显影深度的误差为5%。     

Scanning transmission X-ray microscopy with a fast framing pixel detector

Scanning transmission X-ray microscopy (STXM) is a powerful imaging technique, in which a small X-ray probe is raster scanned across a specimen. Complete knowledge of the complex-valued transmission function of the specimen can be gained using detection schemes whose every-day use, however, is often hindered by the need of specialized configured detectors or by slow or noisy readout of area detectors. We report on sub-50 nm-resolution STXM studies in the hard X-ray regime using the PILATUS, a fully pixelated fast framing detector operated in single-photon counting mode. We demonstrate a range of imaging modes, including phase contrast and dark-field imaging.     

高衍射效率全息光栅的制作与复制工艺研究

本文根据正性光致抗蚀的感光显影特性,推导出了全息光栅沟槽深度公式,分析了影响光栅糟型结构的因素,建立了光栅沟槽模型。并根据论理论制作出了衍射效率高达６５％的 ２４００线／毫米的全息平面反射光栅。本文还介绍了全息光栅复制技术,解决了高质量光栅昂贵的生产成本和大批量生产问题。     

光纤Bragg光栅的研究

分析了光纤Bragg光栅的特性,讨论了其结构参数。通过紫外光写入的方式,在普通单模光纤上制备了光纤Bragg光栅。典型的光纤Bragg光栅在1.56μm波段的反射率达99%,带宽0.6nm.     

Advanced thin film technology for ultrahigh resolution X-ray microscopy

Further progress in the spatial resolution of X-ray microscopes is currently impaired by fundamental limitations in the production of X-ray diffractive lenses. Here, we demonstrate how advanced thin film technologies can be applied to boost the fabrication and characterization of ultrahigh resolution X-ray optics. Specifically, Fresnel zone plates were fabricated by combining electron-beam lithography with atomic layer deposition and focused ion beam induced deposition. They were tested in a scanning transmission X-ray microscope at 1.2 keV photon energy using line pair structures of a sample prepared by metalorganic vapor phase epitaxy. For the first time in X-ray microscopy, features below 10 nm in width were resolved.     

X射线衍射光学部件的制备及其光学性能表征

综述了国内外在纳米加工X射线衍射光学透镜方面的研究现状和最新进展。介绍了作者团队过去三年在这方面做的工作。针对衍射透镜关键技术,研发了具有大高宽比形貌的电子束光刻基础工艺;结合金电镀,提出了纳米尺度波带片的制造技术,并将该工艺成功扩展于分辨率板(Siemens star)和集成光栅型会聚透镜的研制。运用蒙特卡罗模拟和显影动力学,探索了电子束光刻技术所能够实现的最大高宽比以及造成这种限制的物理根源;成功研制了50~100nm的波带片透镜(其中,100nm波带片高宽比为16∶1)、50~300nm的分辨率测试板(其中,300nm测试板高宽比为10∶1)和200nm的会聚透镜(高宽比为10∶1)。对所研制的光学部件在同步辐射光源进行了实验表征。结果表明,100nm波带片聚焦斑尺寸为234nm,测试板和会聚透镜的光学特性与国外同样光学部件到达同等水平;会聚透镜辐照的均匀性为99%。最后,总结了近几年我国X射线衍射透镜的发展进度,指出了衍射光学部件光学性能发展的最大瓶颈是分辨率与衍射效率相互制约,提出了提高光学部件衍射效率的具体途径,给出了我国X射线衍射透镜技术的未来发展路线图。     

Fabrication of a versatile substrate for finding samples on the nanometer scale

With increasing interest in nanometer scale studies, a common research issue is the need to use different analytical systems with a universal substrate to relocate objects on the nanometer scale. Our paper addresses this need. Using the delicate milling capability of a focused ion beam (FIB) system, a region of interest (ROI) on a sample is labelled via a milled reference grid. FIB technology allows for milling and deposition of material at the sub 20-nm level, in a similar user environment as a standard scanning electron microscope (SEM). Presently commercially available transmission electron microscope (TEM) grids have spacings on the order 100 μm on average; this technique can extend this dimension down to the submicrometre level. With a grid on the order of a few micrometres optical, FIBs, TEMs, scanning electron microscopes (SEMs), and atomic force microscopes (AFM) are able to image the ROI, without special chemical processes or conductive coatings required. To demonstrate, Au nanoparticles of ∼ 25 nm in size were placed on a commercial Formvar^®- and carbon-coated TEM grid and later milled with a grid pattern. Demonstration of this technique is also extended to bulk glass substrates for the purpose of sample location. This process is explained and demonstrated using all of the aforementioned analytical techniques.