CN1170459C - 有机材料高能x射线聚焦组合透镜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机材料高能X射线聚焦组合透镜及制作，包括衬底基片(1)，有机物透镜阵列(2)，电铸阴极薄膜(3)，掩模吸收体(4)，空气隙(5)。衬底基片表面涂覆有机材料涂料，固化，上表面生长金属薄膜作为电铸阴极，电铸阴极上表面涂覆光刻胶，光刻、显影、坚膜、生长金属层作为附着式掩膜吸收体，去除光刻胶及其下面的金属薄膜，用准分子激光准直光束直接刻蚀，完成有机材料高能X射线聚焦组合透镜的制作。本发明由若干平凹折射单元排列组成。采用准分子激光刻蚀技术，使器件深宽比大，侧壁陡直，尺寸精度高，表面粗糙度低，可制作各种几何形状的截面，易于批量制作及微小型化。用有机材料可降低成本，简化工艺，推动以非金属材料为主体的微结构光学元件的技术发展。

Description

有机材料高能X射线聚焦组合透镜及其制作方法

技术领域：本发明属于X射线微光学器件，涉及一种利用X射线折射效应对高能(＞5KeV)X射线辐射聚焦的新型元件。

背景技术：由于在X射线波段所有材料的折射太弱，吸收太强，因此长期以来制作X射线透镜被认为是不可能的。为了实现对X射线束的聚焦，科学家们先后研制了掠入射X射线全反射镜、透射式X射线波带片、多层膜及晶体X射线Bragg-Fresnel元件和X射线导管元件等。但这些元件都难以用在高能X射线波段。1996年Snigirev报道了一种可用于高能X射线波段的X射线组合透镜。该组合透镜有许多优点，如不需折转光路、高温稳定性好且易冷却、结构简单紧凑、对透镜表面粗糙度要求低。因此该元件在科学和技术的研究中有广泛的应用前景。为了使得该组合透镜具有良好的综合光学性能，其材料选择、结构和制作技术都是关键环节并彼此相关。

目前高能X射线聚焦组合透镜国内尚未见报道。国际上常用的高能X射线组合透镜由金属材料制成，是在块状金属材料上加工出数十个至数百个尺寸相同、彼此间距为常量的柱状圆孔。若对该结构的组合透镜进行分解，该组合透镜由多个对称放置的平凹折射单元对构成。目前已有的制作技术一般采用超精密计算机控制磨削，这也是选择圆柱状组合透镜结构的原因之一。图1所示为用金属铝制成的高能X射线聚焦组合透镜(Department of physics，Oblin College，Oblin，OH 44074)，它是由铝材l和空气隙2两部分组成的。该透镜是在铝材上用电火花加工方法制成的。圆孔直径为100微米，孔间距大约为25微米。受制作技术的限制，这种结构组合透镜难于将柱状圆孔尺寸做得很小，圆孔同轴度不易制作得精确。

发明内容：本发明的目的是解决背景技术采用金属材料加工，因受制作方法限制只能制成圆柱形的透镜结构，不能加工出任意形状，加工精度低、不易批量制作等问题。为此本发明将提供一种用有机材料制作的高能X射线聚焦组合透镜及其方法。

本发明是由数十个至数百个平凹折射单元顺序排列组成。组合透镜的焦距尺寸远大于组合透镜的厚度。它包括衬底基片、有机物透镜阵列、电铸阴极薄膜、掩模吸收体、空气隙，有机物透镜阵列位于衬底基片的上方并与衬底基片接触，电铸阴极薄膜位于有机物透镜阵列的上方并与有机物透镜阵列接触，掩模吸收体位于电铸阴极薄膜的上方并与电铸阴极薄膜接触，由衬底基片、有机物透镜阵列、电铸阴极薄膜、掩模吸收体形成空气隙。衬底基片采用硅片、玻璃、陶瓷或除铝以外的金属材料，有机物透镜阵列采用聚合物材料，电铸阴极薄膜采用金属材料，掩模吸收体采用金属材料。

本发明的制作工艺步骤如下：

(A)、衬底基片清洁处理，

(B)、在步骤(A)表面自旋涂覆一层有机材料涂料，

(C)、将步骤(B)放在烘箱中固化，固化的温度、时间可根据需要设定，

(D)、在步骤(C)的上表面生长一层金属薄膜作为电铸阴极，

(E)、在步骤(D)的上表面涂覆一层厚光刻胶，

(F)、对步骤(E)的上表面进行光刻、显影、坚膜，

(G)、在步骤(F)的上表面生长金属层，作为附着式掩膜吸收体，

(H)、去除步骤(G)上表面的光刻胶及其下面的金属薄膜，

(I)、将完成(H)步骤的上表面用准分子激光光束进行直接刻蚀，完成器件制作。

本发明的优点为：本发明解决已有技术材料选择、制作技术和结构上的问题。由数十个至数百个平凹折射单元顺序排列组成，组合透镜的焦距尺寸远大于组合透镜的厚度。采用以准分子激光刻蚀为基础的激光LIGA技术，使器件深宽比大，侧壁陡直，尺寸精度高，表面粗糙度低，可制作各种几何形状的截面，易于批量制作，并有利于进一步微小型化。采用有机材料作为高能X射线组合透镜的材料可以降低成本，简化工艺，并可以推动以非金属材料为主体的微结构光学元件的技术发展。

附图说明：

图1是已有技术主视图

图2是本发明器件主视图

图3是图2的俯视图

具体实施方式：如图2和图3所示，本发明有机材料高能X射线聚焦组合透镜它包括衬底基片l，有机物透镜阵列2，电铸阴极薄膜3，掩模吸收体4，空气隙5。衬底基片1可采用硅片：即(110)(100)(111)等晶向的硅片；或可采用玻璃：即石英玻璃、Pyrex玻璃或普通玻璃；或可采用陶瓷；或可采用金属：即铜、钛及合金等。衬底基片1上制备的有机物透镜阵列2的材料为聚合物材料：可选用三甲基丙稀酸脂(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸脂等。选用铜、钛、镍、金或氧化钛作电铸阴极薄膜3的材料。附着式掩膜吸收体4选用对λ＝193nm的准分子激光有较高吸收系数的金属，如金、铬、钨等，准分子激光光束的波长为193nm。厚光刻胶选用AZP4903正性光刻胶。

Claims (3)

1、有机材料高能X射线聚焦组合透镜，它包括：空气隙(5)，其特征在于：还包括有衬底基片(1)、有机物透镜阵列(2)、电铸阴极薄膜(3)、掩模吸收体(4)，有机物透镜阵列(2)位于衬底基片(1)的上方并与衬底基片(1)接触，电铸阴极薄膜(3)位于有机物透镜阵列(2)的上方并与有机物透镜阵列(2)接触，掩模吸收体(4)位于电铸阴极薄膜(3)的上方并与电铸阴极薄膜(3)接触，由衬底基片(1)、有机物透镜阵列(2)、电铸阴极薄膜(3)、掩模吸收体(4)形成空气隙(5)。

2、根据权利要求1所述的有机材料高能X射线聚焦组合透镜，其特征在于：衬底基片(1)采用硅片、玻璃、陶瓷或除铝以外的金属材料，有机物透镜阵列(2)采用聚合物材料，电铸阴极薄膜(3)采用铜、钛、镍、金或氧化钛材料，掩模吸收体(4)采用金、铬、钨金属材料。

3、有机材料高能X射线聚焦组合透镜的制作方法，其步骤如下：

(A)、衬底基片清洁处理，

(B)、在步骤(A)表面自旋涂覆一层有机材料涂料，

(C)、将步骤(B)放在烘箱中固化，固化温度、时间根据需要设定，

(D)、在步骤(C)的上表面生长一层金属薄膜作为电铸阴极，

(E)、在步骤(D)的上表面涂覆一层厚光刻胶，

(F)、对步骤(E)的上表面进行光刻、显影、坚膜，

(G)、在步骤(F)的上表面生长金属层，作为附着式掩膜吸收体，

(H)、去除步骤(G)上表面的光刻胶及其下面的金属薄膜，

(I)、将完成(H)步骤的上表面用准分子激光光束进行直接刻蚀，完成器件制作。

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