微结构阳极X射线源制作关键工艺研究

作     者：胡时航 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭金川

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：x射线相衬成像 x射线源 微结构阳极 逆Talbot-Lau 溶脱剥离 

摘      要：X射线相位衬度成像经过近20年的发展,其在生物医学、工业检测、材料科学等领域的应用已被广泛接受。基于光栅的X射线相位衬度成像是最有可能在实际生活中获得应用的一种方法,但相位衬度成像技术对分析光栅比较苛刻,必须是大面积小周期,而此种光栅却一直是光栅制造技术的瓶颈。正是由于这一限制,相衬成像技术至今仍不能推向实际应用。近几年新提出的基于逆泰伯-劳(Talbot-Lau)效应的X射线相衬成像方法由于摆脱了分析光栅的限制,成为研究热点。目前亟待解决的问题是如何获取满足条件的X射线光源。本文就是在这一背景下以解决新型X射线光源为目标,以解决光源制作中的关键技术为内容,开展对新型光源结构阳极制作方法研究,对促进逆泰伯-劳效应X射线相衬成像方法研究及应用推广具有重要的理论和实用价值。本文先从理论角度分析了微结构阳极X射线源制作的可行性和必要性。其次结合X射线相关辐射理论以及对各种金属材料进行对比,确定了熔点高,导热性能好以及原子序数较大的钨作为阳极材料。结合X射线源发射式和透射式的结构特点以及掩膜版制作最小精度仅为2μm的现状,设计出了合适的阳极微结构图案,线宽3.5μm,周期24μm,图形轮廓大小为0.8×4.2mm。接着调研各种平面加工工艺,设计出光刻、磁控溅射沉积薄膜、溶脱剥离(lift-off)的实验方案。实验具体内容包括光刻工艺参数对光刻胶层形貌的影响,以及溶脱剥离后钨阵列形貌分析。在对前者的探究过程中,分析了光刻胶层图案无法正常显现,或者产生畸变甚至坍塌的原因,最终确定了光刻较为合适的参数为曝光时间4s,前烘温度选择90℃,时长30s,后烘温度120℃,时长90s。通过多次的磁控溅射镀膜实验以掌握金属钨的生长规律,确定镀膜薄膜生长至0.8μm所需时间之后,再进行光刻胶上的薄膜沉积以及后续的lift-off。光刻胶层与金属钨层的厚度比会直接决定是否能成功剥离,同时还会影响钨线阵列形貌,故在不同厚度光刻胶下进行了薄膜沉积实验,通过实验结果对比以及分析,确定光刻胶厚度与金属钨膜厚度最理想比值约为3:1。最后通过扫描电子显微镜对实验结果进行测量评估,并对本文进行总结展望。