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Disordered wall arrays by photo-assisted electrochemical etching in n-type silicon

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Journal of Semiconductors 2016年第10期37卷 88-92页

作者：雷耀虎赵志刚郭金川李冀牛憨笨 Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province College of Optoelectronic Engineering Shenzhen University

The fabrication of ordered, high aspect-ratio microstructures in silicon by use of photo-assisted electrochemical etching is an important technology, where voltage and current density are significant factors. In this paper, disordered walls appear in 5-inch n-type silicon wafers when a large current density is used. Based on the theory of space charge region, these disordered walls are caused by the contradiction between the protection from dissolution by a high applied voltage and the dissolution by a high current density. To verify this point, wall arrays were fabricated at different applied voltages and current densities. Moreover, the critical voltage was kept constant and different current densities were applied to obtain conditions for avoiding disordered walls and achieving uniform wall arrays. Finally, a wall array with a period of 5.6 μm and a depth of 55 μm was achieved at an applied voltage of 3 V and a monotonically increasing current density ranging from 22.9 to 24.5 mA/cm^2.

关键词： electrochemical etching wall array high aspect-ratio silicon disordered wall

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铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算

光学学报 2017年第4期37卷 376-382页

作者：黄建衡雷耀虎杜杨刘鑫郭金川李冀郭宝平深圳大学光电工程学院广东省/教育部光电子器件与系统重点实验室广东深圳518060 深圳大学信息工程学院广东深圳518060

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的... 详细信息

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的叠栅条纹对比度,并比较了π和π/2相位光栅两种情形下的结果。结果显示,随着吸收光栅铋层厚度的增加,条纹对比度逐渐增加,当源光栅和分析光栅的铋层厚度分别达到150μm和110μm时,利用π相位光栅在40kV管电压下其条纹对比度可达48%,60kV管电压下其条纹对比度只能达到22%。而在两个吸收光栅铋层厚度相同的情况下,采用π/2相位光栅所得条纹对比度略优于π相位光栅的结果。对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的计算分析,可作为X射线相衬成像系统设计的参考依据,推动该成像技术走向实用化。

关键词： X射线光学 X射线相衬成像条纹对比度数值计算铋吸收光栅

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基于级联光栅的X射线相衬成像实验研究

光子学报 2019年第1期48卷 38-42页

作者：李冀黄建衡雷耀虎刘鑫赵志刚深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部广东省)重点实验室广东深圳518060 深圳技术大学(筹)新材料与新能源学院广东深圳518118

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强... 详细信息

为避免小周期高宽比吸收光栅的制作,提出了由泰伯-劳干涉仪和逆泰伯-劳干涉仪组成的级联光栅X射线相衬成像装置,该装置利用泰伯-劳干涉仪的自成像作为逆泰伯-劳干涉仪的源.通过实验验证了该方法的有效性,得到了成像系统的莫尔条纹和强度振荡曲线.条纹最高对比度为17.4%,随着吸收光栅偏离零点位置,条纹对比度逐渐降低,但是在其位置跨越从-17mm到12mm的范围内,条纹对比度仍保持在10%以上.实验讨论了样品位置对成像灵敏度的影响,结果表明当样品位置靠近相位光栅两侧时,其成像灵敏度最高.本文的研究可应用于生物医学成像的大视场X射线相衬成像系统的设计.

关键词： X射线成像相位衬度泰伯-劳干涉仪逆泰伯-劳干涉仪灵敏度

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非线性体效应的逆问题

光子学报 2021年第2期50卷 13-20页

作者：黄建衡刘鑫雷耀虎李冀郭金川深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统(教育部、广东省)重点实验室广东深圳518060

非线性体效应在计算机断层扫描重构的理论与应用中,仍然是一个悬而未决的问题。本文利用优化重构算法来解决非线性体效应,建立了离散非线性X射线投影变换模型,将X射线投影变换的逆问题变为一个非凸的优化问题,通过裁剪原用于求解凸优化... 详细信息

非线性体效应在计算机断层扫描重构的理论与应用中,仍然是一个悬而未决的问题。本文利用优化重构算法来解决非线性体效应,建立了离散非线性X射线投影变换模型,将X射线投影变换的逆问题变为一个非凸的优化问题,通过裁剪原用于求解凸优化问题的一阶原对偶算法,提出非线性迭代重构算法来解决非凸问题。通过构建成像系统模型对算法的收敛性和重构精度进行了模拟验证,模拟中重建的图像首先通过检验在极窄的显示窗口中显示小于1%的对比度,然后使用相对于真实图像的差异的l2范数进行定量分析。模拟结果表明,在计算精度范围内,非线性重构算法可以收敛到真实图像,而且对于图像衬度小于1%的细节,重构图像也可以显示出来。该研究结果可为设计有效补偿非线性体效应伪影的计算机断层扫描成像应用算法提供参考。

关键词： X射线计算机断层扫描非线性非凸优化迭代算法

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钨纳米颗粒填充法制作X射线吸收光栅

半导体光电 2019年第6期40卷 786-788,890页

作者：李乔飞许桂雯李冀黄建衡雷耀虎深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室

提出一种新颖、可避免高温过程的大面积吸收光栅制作方法,使用钨纳米粒子作为X射线吸收材料,利用有机溶剂和乳化剂作为吸收材料的载体,在负压下将它们填充到周期为42μm、深度为150μm的光栅结构中。此外,与通过微铸造技术制作的相同结... 详细信息

提出一种新颖、可避免高温过程的大面积吸收光栅制作方法,使用钨纳米粒子作为X射线吸收材料,利用有机溶剂和乳化剂作为吸收材料的载体,在负压下将它们填充到周期为42μm、深度为150μm的光栅结构中。此外,与通过微铸造技术制作的相同结构铋块体吸收光栅相比较,得到的X射线投影吸收对比度表明,钨纳米颗粒对X射线吸收性能低约15%,但纳米颗粒填充法可显著降低吸收光栅的制作成本,并利于实现大面积制作。

关键词： X射线相衬成像吸收光栅纳米颗粒钨

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超声对X射线分析光栅铋填充率影响研究

深圳大学学报（理工版） 2016年第2期33卷 138-142页

作者：雷耀虎刘鑫郭金川李冀牛憨笨深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室广东深圳518060

改进的微铸造技术利用Bi2O3代替Si O2作为浸润层,以提升X射线吸收光栅中铋的填充率.通过源光栅发现,铋填充率很大程度上取决于初始浸润材料Bi(NO3)3的覆盖程度.提出使用超声的方法,使丙酮携带Bi(NO3)3进入高深宽比分析光栅结构内部,并... 详细信息

改进的微铸造技术利用Bi2O3代替Si O2作为浸润层,以提升X射线吸收光栅中铋的填充率.通过源光栅发现,铋填充率很大程度上取决于初始浸润材料Bi(NO3)3的覆盖程度.提出使用超声的方法,使丙酮携带Bi(NO3)3进入高深宽比分析光栅结构内部,并覆盖在侧壁表面,待Bi(NO3)3高温分解为Bi2O3后,利用Bi2O3与铋的浸润性使铋完全进入分析光栅结构内部.实验结果表明,相比不使用和使用频率如40、120及170 k Hz的超声,80 k Hz的超声更有助于提高铋的填充率,同时还表明超声具备向高深宽比结构内辅助填充物质的能力.

关键词：光学工程 X射线相衬分析光栅微铸造表面改性浸润铋超声

基于铋纳米颗粒的自由沉降法制作X射线吸收光栅

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光子学报 2019年第10期48卷 223-228页

作者：雷耀虎许桂雯李乔飞 WALI Faiz 刘鑫李冀黄建衡深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室

利用深反应离子刻蚀技术或湿法腐蚀在硅上制作光栅结构,将与光栅浸润的液体作为载体携带铋纳米颗粒进入光栅结构内,形成致密排列,从而制作出X射线吸收光栅.致密地填充了周期为42μm、刻蚀深度为150μm的光栅结构,比较了其与微铸造法制... 详细信息

利用深反应离子刻蚀技术或湿法腐蚀在硅上制作光栅结构,将与光栅浸润的液体作为载体携带铋纳米颗粒进入光栅结构内,形成致密排列,从而制作出X射线吸收光栅.致密地填充了周期为42μm、刻蚀深度为150μm的光栅结构,比较了其与微铸造法制作的铋块体吸收光栅的X射线吸收性能,并通过填充周期为24μm和6μm的光栅结构,研究了光栅周期与填充致密性之间的关系.扫描电镜测试结果显示自由沉降法可有效制作较大周期光栅,但对周期为6μm光栅结构填充的致密性不佳。分析结果表明,对于小周期吸收光栅,需筛选所用填充颗粒,以保证颗粒粒径远小于光栅槽宽.基于纳米颗粒的自由沉降法可降低光栅制作成本及技术门槛,方便实现大面积吸收光栅的制作.

关键词： X射线成像吸收光栅自由沉降铋纳米颗粒刻蚀相位衬度