超大高宽比X射线波带片的研制

摘要

X射线显微成像技术能够对样品的内部结构实现高分辨率的无损伤观测，有着高分辨率、高穿透性、丰富的衬度机制以及友好的成像环境等特点。此技术在微电子、生命科学、材料科学等领域有着广泛的应用前景。波带片是X射线显微成像技术中实现聚焦和成像的关键元件。波带片环带的几何参数直接影响了成像的分辨率，而当X射线能量较大时，需要足够的波带片厚度（或称为高度），才能获得高衍射效率，因此要求X射线波带片具有大的高宽比。大高宽比X射线波带片的传统制作工艺复杂，价格昂贵。本文的工作，采用原子层沉积和聚焦离子束切割技术相结合的方法，探索了大高宽比X射线波带片的批量制备方法，主要研究结果如下:
　　(1)计算了金波带片高度、X射线能量、衍射效率之间的关系。计算了四种材料组合(HfO2/Al2O3、HfO2/SiO2、Ir/Al2O3、Au/air)的波带片，在不同X射线能量下(5keV、8kev、10keV、15keV、20keV、24keV)的衍射效率，结合材料的成膜特点及工艺匹配来分析，进行波带片叠层材料的选择和结构设计工作。
　　(2)探究了原子层沉积技术制备氧化铝和氧化铪薄膜的工艺条件，考察了沉积温度100℃-300℃时，在氧化铝和氧化铪薄膜的生长速率，表征了氧化铪和氧化铝薄膜的原子比和表面粗糙度。
　　(3)在硅片和钨丝衬底上表征了实验工艺对20nm和10nm氧化铪和氧化铝等厚叠层的控制能力。利用原子层沉积技术，在电化学抛光法制备的直径为30μm的钨丝上沉积氧化铝和氧化铪薄膜叠层。经聚焦离子束切割，最终完成高度为10μm（高度不受限）、最外环宽度为10nm、高宽比为1000的波带片制作。初步实现了超大高宽比X射线波带片的制备。为后期相关工作者提供了一定研究基础和参考价值。

目录

声明

致谢

摘要

1．1课题背景及研究意义

1．2基于波带片的X射线显微成像技术

1．2．1全场透射式X射线显微技术

1．2．2扫描透射式X射线显微技术

1．2．3 X射线显微成像技术的应用

1．3 X射线波带片的发展

1．3．1软X射线波带片

1．3．2硬X射线波带片

1．4 X射线波带片的主要制作方法

1．4．1激光全息曝光法

1．4．2电子束光刻法

1．4．3溅射切片法

1．4．4原子层沉积切割法

1．5本文的主要研究内容

2．1 引言

2．2 X射线波带片的理论计算

2．2．1 基本参数

2．2．2 X射线波带片一级衍射效率理论计算

2．3原子层沉积切割法制备X射线波带片的材料选取

2．4 X射线波带片的结构设计

2．5本章小结

3．1 引言

3．2原子层沉积技术

3．3原子层沉积切割法制作X射线波带片的方案

3．3．1 重金属细丝表面多层膜结构的沉积方式

3．3．2微孔结构内部多层膜结构的沉积方式

3．4原子层沉积技术对硅基衬底表面多层膜结构制备

3．4．1试剂与仪器设备

3．4．2氧化铝和氧化铪薄膜的沉积速率研究

3．4．3氧化铝和氧化铪薄膜成分分析

3．4．4氧化铝和氧化铪薄膜的粗糙度考察

3．4．5 ALD技术制备多层膜叠层结构

3．5原子层沉积技术对X射线波带片的制备及表征

3．5．1 电化学腐蚀抛光制备中心衬底丝

3．5．2原子层沉积技术对X射线波带片多层膜结构的制备

3．5．3 X射线波带片叠层结构的切割、抛光

3．5．4 X射线波带片多层膜结构的性能表征

3．5．5 X射线波带片的性能测试方法

3．6本章小结

4总结与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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