CN108520791B - 一种x射线波带片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子和光学技术领域，尤其涉及一种X射线波带片，所述波带片包括支撑体和薄膜环带结构；所述支撑体为所述波带片的主体支撑，所述支撑体的厚度即为所述波带片的厚度；所述支撑体上设有随机分布的圆孔，所述圆孔的孔径大小即为波带片的直径；所述薄膜环带结构包括第一薄膜材料和第二薄膜材料，所述第一薄膜材料和第二薄膜材料交替沉积在所述圆孔的表面；所述第一薄膜材料的折射率与所述第二薄膜材料的折射率差值能够引起π位相差。本发明提供的大高宽比波带片在能量很高的射线领域有广泛的应用前景。本发明还提供一种X射线波带片的制备方法，采用原子层沉积技术可以获得小的最外环宽度，控制精度可以达到纳米级别。

Description

一种X射线波带片及其制备方法

技术领域

本发明涉及微电子和光学技术领域，尤其涉及一种X射线波带片及其制备方法。

背景技术

X射线波长短、穿透深度大，可以对厚物质的内部三维结构进行观察，具有对厚样品进行纳米分辨成像的潜力。菲涅耳波带片是X射线显微成像技术的核心元件，其成像分辨率由最外环宽度决定。对能量很高的硬X射线，要获得比较高的衍射效率，需要波带片具有足够的厚度才能使X射线产生π位相移动，所以制备大高宽比的波带片具有重要意义。近十几年来，人们一直采用将电子束曝光与X射线光刻技术相结合的技术路线制备高分辨率的硬X射线波带片，目前波带片的最外环宽度可以减小到20nm，长径比接近30：1左右。现有技术不仅制作工艺复杂，周期长，制作难度大，价格昂贵，而且进一步减小最外环宽度与提高长径比存在较大的难度，限制了硬X射线聚焦成像的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种X射线波带片及其制备方法，以解决现有技术加工所得波带片小的最外环宽度和大的长径比无法兼顾的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种X射线波带片，所述波带片包括支撑体和薄膜环带结构；所述支撑体为所述波带片的主体支撑，所述支撑体的厚度即为所述波带片的厚度；所述支撑体上设有随机分布的圆孔，所述圆孔的孔径大小即为波带片的直径；所述薄膜环带结构包括第一薄膜材料和第二薄膜材料，所述第一薄膜材料和第二薄膜材料交替沉积在所述圆孔的表面；所述第一薄膜材料的折射率与所述第二薄膜材料的折射率差值能够引起π位相差，可以实现大于10％的衍射效率，所述衍射效率计算公式为：

其中，δ和β为两种材料的折射率系数中，分别称为折射率的消耗和系数因子；k为2π/λ，λ为X射线的波长，t为波带片的厚度。

进一步地，所述支撑体为金属或陶瓷。

进一步地，所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料为氧化物、氮化物或金属。

本发明还提供一种X射线波带片的制备方法，包括如下步骤：

根据所需波带片的厚度和直径制备带有圆孔的支撑体；

在所述支撑体的圆孔的表面采用原子层沉积技术交替沉积第一薄膜材料和第二薄膜材料作为波带片逐层递减的薄膜环带结构；

将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉；

对裸露出的所述波带片表面进行抛光。

进一步地，所述支撑体的厚度大于1μm。

进一步地，所述支撑体上的圆孔的孔径大于30μm。

进一步地，所述制备带有圆孔的支撑体，具体包括如下步骤：

采用聚焦离子束、激光或电化学工艺对所述支撑体进行打孔抛光，形成若干随机分布的圆孔。

进一步地，交替沉积的所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料的厚度根据设计要求递增，沉积的第一层薄膜材料厚度与最外环宽度相等，且大于1nm。

进一步地，所述将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉，具体包括如下步骤：

采用化学机械抛光法或者聚焦离子束将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉。

本发明提供的技术方案，具有如下技术效果或优点：

1、本发明采用原子层沉积技术可以获得小的最外环宽度，控制精度可以达到纳米级别；

2、本发明支撑体的厚度近似等于波带片的厚度，可以沉积足够高度的波带片，获得大高宽比的波带片；

3、本发明可以同时沉积多个支撑体，同一个支撑体表面可以有多个圆孔，每一个圆孔可对应制备出一个波带片，因此可以大批量制备波带片；

4、本发明制作高宽比很大的波带片的成功率高，极大的降低了生产成本，有广泛的应用前景。任意大的高宽比在能量很高的射线领域具有更大的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种X射线波带片的立体示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种X射线波带片制备方法的工艺流程图；

图3为本发明实施例中波带片的支撑体的立体示意图；

图4为本发明实施例中在支撑体上进行原子层沉积后的截面示意图；

图5为本发明实施例中在支撑体上进行原子层沉积后进行刻蚀抛光后的截面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种X射线波带片，所述波带片包括支撑体1和薄膜环带结构；所述支撑体1为所述波带片的主体支撑，所述支撑体的厚度即为所述波带片的厚度；所述支撑体上设有随机分布的圆孔，所述圆孔的孔径大小即为波带片的直径；所述薄膜环带结构包括第一薄膜材料2和第二薄膜材料3，所述第一薄膜材料2和第二薄膜材料3交替沉积在所述圆孔的表面；所述第一薄膜材料2的折射率与所述第二薄膜材料3的折射率差值能够引起π位相差，可以实现大于10％的衍射效率，所述衍射效率计算公式为：

其中，δ和β为两种材料的折射率系数中，分别称为折射率的消耗和系数因子；k为2π/λ，λ为X射线的波长，t为波带片的厚度。

本实施例中，所述支撑体为金属或陶瓷。具体地，所述支撑体可以为钨、金、银、铜、镍、铂等金属，也可以为氧化铝、氮化铝等陶瓷；优选地，所述支撑体为铜薄片。

本实施例中，所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料为氧化物、氮化物或金属。具体地，所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料可以为氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳、铱、铂、铜、钯等材料，所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料对预设波长光的折射率差值较大，容易引起π位相差。优选地，所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料分别为氧化铝和氧化铪。

如图2所示，本发明还提供一种X射线波带片的制备方法，包括如下步骤：

步骤110，根据所需波带片的厚度和直径制备带有圆孔的支撑体；

步骤120，在所述支撑体的圆孔的表面采用原子层沉积技术交替沉积第一薄膜材料和第二薄膜材料作为波带片逐层递减的薄膜环带结构；

步骤130，将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉；

步骤140，对裸露出的所述波带片表面进行抛光。

本实施例中，所述步骤110中，所述支撑体的厚度大于1μm；所述支撑体上的圆孔的制备，是采用了聚焦离子束、激光或电化学工艺对所述支撑体进行打孔抛光，在支撑体上形成若干随机分布的圆孔，如图3所示。所述支撑体上的圆孔的孔径大小为波带片的直径，优选地所述圆孔的孔径大于30μm。

本实施例中，所述步骤120中，交替沉积的所述第一薄膜材料2和所述第二薄膜材料3的厚度根据设计要求递增，沉积的第一层薄膜材料厚度与最外环宽度相等，且大于1nm，在支撑体1上进行原子层沉积后的结构截面如图4所示，图4中标记4所示部分为制备波带片的区域。以所述第一薄膜材料为氧化铝、所述第二薄膜材料为氧化铪为例，在所述支撑体上进行原子层沉积的过程为：将支撑体放置于原子层沉积的腔室内，抽真空、加热、通工艺气体，待沉积条件稳定后，开始氧化铝和氧化铪的交替沉积，并且膜厚按照设计需求逐层递增。

本实施例中，所述步骤130中，将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉，具体包括如下步骤：采用化学机械抛光法或者聚焦离子束将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉。优选地，采用化学机械抛光法对所述支撑体两面沉积的薄膜材料进行刻蚀，刻蚀所剩厚度根据所需波带片的厚度进行设定。

本实施例中，所述步骤140中，采用化学机械抛光法对裸露出的所述波带片表面进行抛光，抛光完成后，得到所需精度和厚度的波带片。如图5所示，对支撑体1两侧的薄膜材料进行刻蚀后，抛光裸露出来的波带片表面，支撑体1上圆孔内的第一薄膜材料2和第二薄膜材料3构成的薄膜环带结构，图5中标记5所示的部分为最终制备出的波带片的截面。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明采用原子层沉积技术可以获得小的最外环宽度，控制精度可以达到纳米级别；

2、本发明支撑体的厚度近似等于波带片的厚度，可以沉积足够高度的波带片，获得大高宽比的波带片；

3、本发明可以同时沉积多个支撑体，同一个支撑体表面可以有多个圆孔，每一个圆孔可对应制备出一个波带片，因此可以大批量制备波带片；

4、本发明制作高宽比很大的波带片的成功率高，极大的降低了生产成本，有广泛的应用前景。任意大的高宽比在能量很高的射线领域具有更大的应用前景。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种X射线波带片，其特征在于：所述波带片包括支撑体和薄膜环带结构；所述支撑体为所述波带片的主体支撑，所述支撑体的厚度即为所述波带片的厚度，其中，所述支撑体的厚度大于1μm；所述支撑体上设有随机分布的圆孔，所述圆孔的孔径大小即为波带片的直径；所述薄膜环带结构包括第一薄膜材料和第二薄膜材料，所述第一薄膜材料和第二薄膜材料交替沉积在所述圆孔的表面；所述第一薄膜材料的折射率与所述第二薄膜材料的折射率差值能够引起π位相差，可以实现大于10％的衍射效率，所述衍射效率计算公式为：

其中，δ和β为两种材料的折射率系数中，分别称为折射率的消耗和系数因子；k为2π/λ，λ为X射线的波长，t为波带片的厚度。

2.如权利要求1所述的X射线波带片，其特征在于：所述支撑体为金属或陶瓷。

3.如权利要求1所述的X射线波带片，其特征在于：所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料为氧化物、氮化物或金属。

4.一种X射线波带片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据所需波带片的厚度和直径制备带有圆孔的支撑体；

其中，所述支撑体的厚度即为所述波带片的厚度，且，所述支撑体的厚度大于1μm；

在所述支撑体的圆孔的表面采用原子层沉积技术交替沉积第一薄膜材料和第二薄膜材料作为波带片逐层递减的薄膜环带结构；

将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉；

对裸露出的所述波带片表面进行抛光。

5.如权利要求4所述的X射线波带片的制备方法，其特征在于：所述支撑体上的圆孔的孔径大于30μm。

6.如权利要求4所述的X射线波带片的制备方法，其特征在于：所述制备带有圆孔的支撑体，具体包括如下步骤：

采用聚焦离子束、激光或电化学工艺对所述支撑体进行打孔抛光，形成若干随机分布的圆孔。

7.如权利要求4所述的X射线波带片的制备方法，其特征在于：交替沉积的所述第一薄膜材料和所述第二薄膜材料的厚度根据设计要求递增，沉积的第一层薄膜材料厚度与最外环宽度相等，且大于1nm。

8.如权利要求4所述的X射线波带片的制备方法，其特征在于：所述将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉，具体包括如下步骤：

采用化学机械抛光法或者聚焦离子束将所述支撑体两面沉积的薄膜材料刻蚀掉。