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软X射线聚焦波带片研究

肖凯  
【摘要】:软X射线显微镜由于其分辨率高、能在“水窗”波段对水中含碳物质形成天然的衬度、射线能量可与许多元素的吸收边对应等特点,在生命科学、环境科学和物理学等领域中有着广泛的应用。软X射线聚焦波带片对X射线色散和聚焦,软X射线成像波带片对样品成像,是软X射线显微镜中的关键元件。本论文结合国家同步辐射实验室的透过式软X射线显微镜对X射线波带片的迫切需要,以研制具有更高衍射效率和更长寿命的软X射线聚焦波带片为主要目标,系统地研究了软X射线聚焦波带片制作中的主要问题,提出了完整的工艺路线,并对位相型波带片与振幅型波带片的相对效率进行了测量。 软X射线聚焦波带片的研制包括光路设计、膜系设计、衬底选择、薄膜制备、亚微米光刻、X射线光刻、反应离子刻蚀、离子束刻蚀、电镀和化学腐蚀等多种微细加工技术。 本文对全息软X射线聚焦波带片的研制进行了系统的研究,提出了完整的工艺路线,并对位相型波带片与振幅型波带片的相对效率进行了测量。 本论文的研究工作和创新之处可概括为以下几点: (1) 软X射线自支撑型聚焦波带片的研制。自支撑型波带片的主要特点是利用金属加强筋来支撑波带片图形,而不是用薄膜来支撑波带片图形,可以提高元件在X射线辐射下的使用寿命。先利用激光全息-离子束刻蚀技术制作了以聚酰亚胺为衬底的金振幅型波带片,然后以该波带片为掩模,采用同步辐射光刻-离子束刻蚀的方法得到金属波带片图形,再电镀出金加强筋,制作了金自支撑波带片。 (2) 软X射线Ni和Ge位相型聚焦波带片的研制。位相型波带片相对振幅型波带片具有更高的衍射效率。通常大高宽比的Ge波带片图形可使用氟基气体的反应离子刻蚀得到,Ni波带片图形通常使用Ni的低应力电镀得到。如果图形高宽比较大,可以使用氮化硅薄膜为衬底。对于氮化硅薄膜,在利用热蒸发镀Ge膜时,为匹配应力应选择高压应力的氮化硅薄膜,而对电镀Ni图形,则应选用低应力的氮化硅薄膜。因为聚酰亚胺薄膜的弹性


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1 肖凯;软X射线聚焦波带片研究[D];中国科学技术大学;2006年
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