高高寬比X射線聚集衍射光學元件研究.pdf

1、高高寬比X射線聚焦衍射光學元件是硬X射線成像系統(tǒng)的核心光學元件,在激光慣性約束聚變等離子體診斷、X射線天文望遠鏡等領(lǐng)域有著廣泛的應用。高高寬比的X射線聚焦衍射波帶片作為硬X射線成像元件的典型代表,在具有空間分辨率高,應用范圍廣等諸多優(yōu)點的同時其制作工藝步驟之長、難度之大也制約著它的進一步發(fā)展。同時,對于新型衍射光學元件—光子篩的理論研究,由于其特殊的結(jié)構(gòu)具有抑制高階衍射和提高分辨率的優(yōu)良特性越來越受到重視,但是國內(nèi)外對于硬X射線聚焦光子

2、篩的制備工作還沒有開展,本文瞄準我國在等離子體診斷、空間探測、同步輻射裝置等重大工程的需求,采用電子束光刻和X射線光刻技術(shù)相結(jié)合的手段,緊緊圍繞制作工藝中的一系列的關(guān)鍵問題,通過大量的試驗進行分析和探索,最終成功制備了最外環(huán)寬度為500納米,金吸收體厚度為3.6微米高寬比達到7.2的硬X射線聚焦波帶片和最外環(huán)小孔直徑為350納米,金吸收體厚度為2.33微米高寬比達到6.7的硬X射線聚焦光子篩。
　　本文首先介紹了波帶片和光子篩成像

3、的原理以及國內(nèi)外的發(fā)展趨勢,接著介紹了波帶片的制備工藝并著重研究了電子束光刻以及聚酰亞胺薄膜制備等關(guān)鍵技術(shù),然后介紹了光子篩的制備工藝并著重研究了X射線光刻以及微電鍍等核心技術(shù)。
　　高高寬比結(jié)構(gòu)圖形易倒塌的問題是制約硬X射線聚焦光學元件制備工藝發(fā)展的根本問題,而導致這個問題的根本原因是液體張力的存在以及光刻膠與襯底的粘附性較差。本論文以解決這些問題為出發(fā)點,通過大量的試驗研究工作,摸索出一套行之有效的高高寬比X射線聚焦波帶片和光

4、子篩的制備技術(shù),其中包括:通過制備聚酰亞胺薄膜提高X射線透射率以及工藝寬容度;采用電子束光刻制備高分辨率X射線曝光掩模;采用X射線光刻復制高高寬比波帶片和光子篩結(jié)構(gòu);通過設計具有支撐結(jié)構(gòu)的掩模版版圖探索解決電子束臨近效應導致X射線復制中的易倒塌的問題;微電鍍制備厚金吸收體圖形技術(shù)。
　　在電子束光刻制備高分辨率掩模圖形中,分析測試了不同抗蝕劑的特性參數(shù)并解決了旋涂厚膠產(chǎn)生棉絮狀物的問題,根據(jù)需要制備了高質(zhì)量聚酰亞胺薄膜,考慮了電子

5、束曝光中的臨近效應對于圖形的影響,利用微光刻圖形處理技術(shù)設計具有支撐結(jié)構(gòu)的光子篩版圖探索解決圖形易倒塌問題。成功制備了X射線聚焦波帶片和光子篩的掩模。
　　X射線光刻復制工藝中,在北京和合肥國家同步輻射實驗室的光刻站上展開工藝研究,通過控制曝光劑量和顯影時間以及微電鍍工藝的試驗條件,成功制備了高高寬比的波帶片和光子篩,并以光子篩為對象深入探索了解決更高高寬比圖形制備的全水電鍍和旋涂增粘劑等工藝,取得了具有參考價值的實驗結(jié)果。