X射线梯形反射式单级衍射光栅制作技术研究

摘要

普通光栅是一种多级衍射元件，存在高次谐波污染问题，作为单色仪使用时，其高次衍射会叠加在一级衍射上，形成高次衍射干扰。为避免单色仪使用过程中高次衍射对单色性能影响，结合现有工艺加工水平与实际应用水平，对一种厚体硅X射线梯形反射式单级光栅结构进行研究，并确定了光栅结构基本参数。
　　采用大面积快速电子束直写光刻工艺，利用Sal601光刻胶，曝光束流为30nA，加速电压100KV，克服场拼接误差影响，曝光效率提高10倍以上；ICP等离子体刻蚀经过参数优化，成功制作陡直侧壁薄硅光栅栅线结构；采用低温金-金扩散键合工艺，在键合前预先采用 O2+Ar+H2等离子体活化技术，键合温度260℃，压力3.9MPa，在较低的温度与较小的外加压力条件下，实现了薄硅光栅图形和较厚体硅衬底的低温金-金键合；最后通过超声波显微技术（SAM）对低温键合样品的质量进行了检测。
　　采用同步辐射光光源，对2000lp/mm梯形反射式单级衍射光栅在X射线波段不同波长与掠入射角条件下进行了测试，与2000lp/mm的普通黑白反射光栅进行了对比，从得到的测试结果看，所研制的梯形反射式单级衍射光栅的衍射峰更陡峭，更细，零级衍射光强更强，并且有着更低的背景噪声，而且信噪比高。大部分能量集中在零级，二级衍射低于零级四个数量级左右，约零级衍射光强0.05％，对比明显，色散性能明显优于普通反射光栅，达到应用的标准。

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第一章 绪 论

1.1 X射线衍射光栅的发展历史与研究现状

1.2 X射线衍射光栅的制作技术

1.3 论文主要工作与意义

第二章 衍射光栅单级原理

2.1 基尔霍夫衍射理论

2.2 衍射光栅的分光性能

2.3 单级衍射光栅原理

2.4 光栅参数设计

2.5 本章小结

第三章 单级衍射光栅微纳制作技术研究

3.1 梯形反射式单级衍射光栅工艺过程

3.2 电子束光刻

3.3 ICP等离子体刻蚀

3.4 本章小结

第四章 低温金-金键合工艺

4.1 引言

4.2 键合难点及解决办法

4.3 等离子体表面活化

4.4 低温金-金键合

4.5 键合质量检测

4.6 本章小结

第五章 光栅测试与结果分析

5.1 测试方法

5.2 测量装置

5.3 测试结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和科研、获奖情况

致谢