大高宽比、高线密度X射线透射光栅的制作

利用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为1 mm × 1 mm,周期为300 nm,金吸收体厚度为1 μm的用于X射线显微成像技术的透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术在Si3N4薄膜上制作周期为300 nm,厚度为250 nm的高线密度光栅掩模。然后利用X射线光刻和微电镀技术复制厚度为1 μm,占空比接近1：1,高宽比为7的X射线透射光栅。整个工艺流程充分利用了电子束光刻技术制作高分辨率图形和X射线光刻技术制作大高宽比结构的优点     

X射线成像波带片及制作

研究了X射线成像波带片的工作原理和制作工艺。从理论上分析了波带片的空间分辨率与最外环宽度的关系,以及波带片衍射效率与厚度和折射率的关系。利用国家同步辐射实验室发展的加工工艺,即电子束光刻技术和X射线光刻技术结合制作波带片。实验结果表明:波带片最外环宽度为150 nm,高宽比为4,基本满足高分辨X射线成像波带片的高空间分辨率、大高宽比、高精度等要求。     

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。     

振幅矢量叠加法分析X射线波带片加工误差对效率的影响

使用振幅矢量叠加法,通过叠加X射线波带片每一对环带对焦点的贡献,计算和分析了随机环带位置误差、宽度误差、扩散和粗糙度对波带片的效率的影响。用Strehl 比来量化和衡量与理想波带片有偏差的波带片的性能,对两个波带片实例分别用Strehl 极限确定了能容许的4种误差的最大值。计算了Ni软X射线波带片的随机环带位置误差及宽度误差对主焦点效率的影响;计算了SiO₂/Ni硬X射线溅射切片波带片的两种材料的相互扩散和粗糙度对衍射效率的影响。结果表明:4种误差越大,主焦点效率越小,对Ni软X射线波带片,随机环带位置误差均方根和宽度误差均方根小于最外环宽度的20%左右时,对SiO₂/Ni硬X射线溅射切片波带片,扩散区宽度和粗糙度均方根分别小于最外环宽度的90%和60%左右时,得到的Strehl 比在Strehl 极限之上。     

薄膜X射线测厚仪

介绍了以西门子PLC(可编程控制器)用于薄膜测厚的全自动往复式X射线测厚仪的研制,介绍了该测厚仪的硬件构成和测厚的工作原理。该装置已成功应用在双向拉伸聚丙烯薄膜生产线上。     

硬X射线调制望远镜准直器的有限元分析

利用有限元方法对硬X射线调制望远镜的关键部件准直器进行了分析与计算。首先，基于有限元软件ANSYS提出一种SOLID单元与SHELL单元自由度连接的方法，并应用此方法建立了准直器的有限元计算模型。然后计算了不同设计参数的准直器在过载情况的应力与应变；最后对准直器进行了模态分析，得到前100阶固有频率与振型。文中的分析结果为准直器的结构设计提供了重要依据。     

硬X射线磁圆二色谱预研获成功

3月14日，北京同步辐射装置1W1A束线XAFS实验站成功获得：Pt L吸收边的硬X射线磁圆二色谱(XMCD)”。XMCD是探测样品对X射线左旋和右旋偏振光吸收由磁场引起的差异，直接给出轨道和自旋角动量分布和作用的信息，是开展磁性材料电子和磁结构研究的重要手段。     

往复式薄膜X射线测厚仪的研制

介绍了用于薄膜测厚的全自动往复式X射线测厚仪的研制,详述了该测厚仪的硬件组成和测厚的工作原理.该装置已成功运行在双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜生产线上.     

软X射线投影光刻原理装置的设计

首先介绍了投影光刻技术发展的历程、趋势和软X射线投影光刻技术的特性,其次介绍了软X射线投影光刻原理装置的研制工作.该装置由激光等离子体光源、掠入射椭球聚光镜、透射掩模、镀有多层膜的Schwarzchild微缩投影物镜、涂有光刻胶的硅片及相应的真空系统组成.0.1倍的Schwarzchild微缩投影物镜具有小于0.2μm的分辨率.     

Digital in-line X-ray holography with zone plates

Single pulse imaging with radiation provided by free-electron laser sources is a promising approach towards X-ray microscopy, which is expected to provide high resolution images of biological samples unaffected by radiation damage. One fully coherent imaging technique for this purpose is digital in-line holography. Key to its successful application is the creation of X-ray point sources with high photon flux. In this study we applied zone plates to create such point sources with synchrotron radiation provided by the storage ring BESSY II. The obtained, divergent light cone is applied to holographic microscopy of biological objects such as critical point dried Navicula perminuta diatoms and human cells using photons with an energy of 250 eV. Compared to conventional experiments employing pinholes, exposure times are reduced by two orders of magnitude.     

Multilayer Fresnel zone plate for soft X-ray microscopy resolves sub-39nm structures

Best resolutions in X-ray focusing are obtained to date by using diffractive lenses called Fresnel zone plates (FZPs). Their further improvement is nevertheless hindered by fundamental limitations in the employed manufacturing techniques. Here, we show a novel method to fabricate FZPs based on multilayer deposition with atomic layer deposition (ALD) and subsequent sectioning with focused ion beam (FIB). For the first time a multilayer FZP working in the soft X-ray range was prepared and could achieve the best resolution obtained so far for multilayer FZPs by resolving features below 39 nm in size in a scanning soft X-ray microscope. The new technique presents high potential for high resolution microscopy in both the soft and hard X-ray range.     

多层膜Laue透镜对10 keV硬X射线聚焦性能的理论计算

采用NbC/Si材料组合设计多层膜Laue透镜,总膜厚为40μm,利用衍射动力学理论分析多层膜Laue透镜对硬X射线的衍射效率及聚焦分辨率。通过两种方法提高多层膜Laue透镜的分辨率。第一种方式是减小膜层的最外层宽度,该方法要求结构必须是楔型结构,制备极其困难。第二种方法是使用多层膜Laue透镜的高级次,该方法在不增加制备难题的前提下能有效提高分辨率。通过使用多层膜Laue透镜的-3级次,对10keV硬X射线获得了分辨率为6.72nm,衍射效率为49.31%的聚焦光斑。     

在金属基底上制作高深宽比金属微光栅的方法

根据光学领域对高深宽比金属微器件的需求,利用UV-LIGA工艺在金属基底上制作了具有高深宽比的金属微光栅。采用分层曝光、一次显影的方法制作了微电铸用SU-8胶厚胶胶模,解决了高深宽比厚胶胶模制作困难的问题。由于电铸时间长易导致铸层缺陷,故采取分次电铸等措施得到了电铸光栅结构;同时通过线宽补偿的方法解决了溶胀引起的线宽变小问题。在去胶工序中,采用"超声-浸泡-超声"循环往复的方法。最终,制作了周期为130μm、凸台长宽高为900μm×65μm×243μm的金属微光栅,其深宽比达到5,尺寸相对误差小于1%,表面粗糙度小于6.17nm。本文提出的工艺方法克服了现有方法制作金属微光栅时高度有限、基底易碎等局限性,为在金属基底上制作高深宽比金属微光栅提供了一种可行的工艺参考方案。     

无基膜高深宽比双面集成微结构元件的制作

基于双面集成微结构薄片元件在集成光学成像、光束整形等方面的应用日益普及,针对其中一些一体化、高深宽比结构在制作方面的难点问题,本文提出一种无基膜支撑、高深宽比的双面集成微结构元件的制作新方法——紫外压印改进技术。通过该方法,成功地制作了无基膜、高深宽比结构的集成导光板样品;样品上下表面微结构形貌与金属模具在误差范围内保持一致,转印复制过程的物理结构形变小,且样品的厚度整体均匀、平整无翘曲。实验结果表明,本文提出的紫外压印改进技术方法能有效地制作无基膜支撑、双面集成高深宽比的微结构元件,可望在集成光学成像及光束整形、匀光、导光、聚光等光学器件制作领域有良好应用。     

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%。