正負(fù)相移雙金屬波帶片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線顯微成像領(lǐng)域，更具體地涉及一種正負(fù)相移雙金屬波帶片。
【背景技術(shù)】
[0002] 波帶片是X射線波段最常用的衍射光學(xué)元件之一，常用來(lái)聚焦X射線以及充當(dāng) 成像系統(tǒng)的物鏡。波帶片實(shí)質(zhì)上就是一圓形的衍射光學(xué)元件，它是由線密度徑向增加的 明暗相間的同心圓環(huán)構(gòu)成（如圖1所示）。根據(jù)菲涅爾圓孔衍射理論，如果半徑按式子 (η為環(huán)數(shù)，λ為波長(zhǎng)，f為焦距），把圓孔連續(xù)分割成一個(gè)個(gè)環(huán)帶，把奇數(shù)或者 偶數(shù)環(huán)帶遮住，就構(gòu)成一個(gè)菲涅爾波帶片。構(gòu)成波帶片的環(huán)帶稱為半波帶，任意兩個(gè)相鄰半 波帶到達(dá)焦點(diǎn)的光程差為λ/2。這意味著通過(guò)兩個(gè)相鄰半波帶的光波到達(dá)焦點(diǎn)時(shí)的相位 差為η，在焦點(diǎn)處會(huì)發(fā)生相互減弱的干涉。因此，波帶片由透明和不透明相間的半波帶構(gòu) 成，達(dá)到相干增強(qiáng)的目的。如果把波帶片不透明半波帶變成相移η的透明半波帶，即產(chǎn)生 光程為λ/2的透明半波帶，這樣通過(guò)兩個(gè)相鄰半波帶的光波到達(dá)焦點(diǎn)時(shí)的相位差不是0就 是2 π，通過(guò)波帶片的光將全部在焦點(diǎn)處形成相互加強(qiáng)的干涉，這就是普通相位型波帶片的 原理。[參考：同步輻射光源及其應(yīng)用，下冊(cè)，Ρ686]
[0003] 波帶片兩個(gè)最重要的參數(shù)是最外環(huán)寬度以及環(huán)厚度。波帶片成像系統(tǒng)的空間分辨 率（Λ)由波帶片的最外環(huán)寬度（dr N)決定，Λ= 1.22drN。在一定范圍內(nèi)，波帶片的衍射 效率隨著環(huán)厚度的增加而提高。然而，目前限制波帶片發(fā)展的一個(gè)重要因素是高寬比，由于 加工技術(shù)等因素，波帶片的最外環(huán)寬度與環(huán)厚度之間存在矛盾。現(xiàn)階段波帶片的最外環(huán)寬 度無(wú)法做到更小，或者高分辨的波帶片效率無(wú)法做到很高。因此，波帶片成像系統(tǒng)的空間分 辨率出現(xiàn)了瓶頸（硬X射線：30nm ;水窗：10nm)。
[0004] 物質(zhì)的折射率可表示為η = 1- δ +i β，其中δ為相位項(xiàng)，β為吸收項(xiàng)。在某些 特定的能量下，一種物質(zhì)的S和β都會(huì)發(fā)生突變，而其中的相位項(xiàng)δ可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。對(duì) 于利用元素相移特性制作的相位型波帶片來(lái)說(shuō)，負(fù)值相移的出現(xiàn)，很可能帶來(lái)新的突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種正負(fù)相移雙金屬波帶片，所述正負(fù)相移雙金屬波 帶片包含：
[0006] 第一金屬材料，所述第一金屬材料具有正相移；
[0007] 第二金屬材料，所述第二金屬材料在工作能量點(diǎn)具有負(fù)相移；
[0008] 所述第一金屬材料與所述第二金屬材料交替排列，以使得所述第二金屬材料替代 傳統(tǒng)波帶片的一個(gè)周期中的空白部分。
[0009] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片是環(huán)形的，所述第一 金屬材料與所述第二金屬材料形成交替的環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0010] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一金屬材料常選自鎳、金、鍺、鈦、釩、鉻、 猛、鐵、鉆、銅、鋒等。
[0011] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第二金屬材料選自鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、 銅、鋅、鎵、鍺、鉿、鶴、錸和鋨等。
[0012] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片在與普通單金屬相位 波帶片厚度相同的情況下，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片的衍射效率高于所述普通單金屬相 位波帶片的衍射效率。
[0013] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片為釩鎳雙金屬新型波 帶片。
[0014] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片的厚度為10~ 500nm，因波帶片分辨率不同而不同，在加工條件允許的情況下盡可能選擇高的厚度。
[0015] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片的結(jié)構(gòu)中不存在空心 部分，這種結(jié)構(gòu)可以避免普通波帶片可能坍塌的問(wèn)題。
[0016] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片的效率與環(huán)厚度直接 相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，波帶片的衍射效率隨著環(huán)厚度的增加而提商。對(duì)于商分辨（30nm以 下）波帶片，由于高寬比的限制，環(huán)高度暫時(shí)無(wú)法做到太高，衍射效率受到限制。
[0017] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述正負(fù)相移雙金屬波帶片的工作能量根據(jù)波帶 片材料不同而限定于不同的能量點(diǎn)。其原因是不同金屬的負(fù)相移出現(xiàn)在不同狹窄能量段 (幾個(gè)eV)。
[0018] 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種制備正負(fù)相移雙金屬波帶片的方法，所述方法包括 以下步驟：
[0019] a.在基片上沉積第一金屬材料的薄膜；
[0020] b.在第一金屬材料的薄膜上形成具有波帶片結(jié)構(gòu)的光刻膠；
[0021] c.經(jīng)由所形成的具有波帶片結(jié)構(gòu)的光刻膠進(jìn)行刻蝕，將波帶片結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至所述第 一金屬材料的薄膜上，形成第一金屬材料的波帶片結(jié)構(gòu)；
[0022] d.在刻蝕出的空隙處沉積第二金屬材料；
[0023] e.去除光刻膠，形成正負(fù)相移雙金屬波帶片結(jié)構(gòu)。
[0024] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述光刻膠通過(guò)旋涂涂布，之后對(duì)其進(jìn)行電子束 曝光，從而形成具有波帶片結(jié)構(gòu)的光刻膠。
[0025] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述步驟d中的刻蝕通過(guò)氬離子刻蝕和各種反應(yīng) 離子刻蝕進(jìn)行。
[0026] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括在步驟e得到的正負(fù)相移雙金屬 波帶片結(jié)構(gòu)背面開(kāi)窗，獲得正負(fù)相移雙金屬波帶片。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是傳統(tǒng)波帶片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是正負(fù)相移雙金屬波帶片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3是能量為511. 9eV時(shí)，普通鎳波帶片和釩鎳雙金屬波帶片一級(jí)衍射效率與材 料厚度關(guān)系；
[0030] 圖4是厚度為140nm情況下，釩鎳雙金屬波帶片一級(jí)衍射效率與能量的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本發(fā)明提出一種新型相位波帶片，該波帶片能達(dá)到兩種效果：1)能夠降低達(dá)到最 大一級(jí)衍射效率時(shí)所需金屬厚度；2)在不增加環(huán)高度的情況下提高波帶片的衍射效率。 本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是利用兩種金屬交替的結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的單金屬波帶片，在工作能量 點(diǎn)，其中一種金屬的相移為正數(shù)而另一種金屬相移為負(fù)值。我們稱之為"正負(fù)相移雙金屬波 帶片"。
[0032] 不同于傳統(tǒng)的波帶片，我們利用另一種材料替代了傳統(tǒng)波帶片一個(gè)周期中的空白 部分，所選的替代材料要求在工作能量點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)值相移，這樣一來(lái)，要達(dá)到相鄰環(huán)帶產(chǎn)生的 相位差為η所需的材料厚度可以降低，從而降低制作波帶片的難度。該新型波帶片結(jié)構(gòu)如 圖2所示，其環(huán)半徑同樣由公式/； (η為環(huán)數(shù)，λ為波長(zhǎng)，f為焦距）計(jì)算得出。從 結(jié)構(gòu)上看，與圖1所示傳統(tǒng)波帶片相比，圖2增加了一種在工作能量處相移為負(fù)值的材料， 其中負(fù)值相移材料可以為結(jié)構(gòu)圖中的任意一種。
[0033] 多數(shù)金屬在特定的能量會(huì)出現(xiàn)負(fù)數(shù)相移的情況，這些能量點(diǎn)在本文被稱為工作能 量點(diǎn)。例如鈦（453eV)、釩（512eV)、鉻（574eV)、錳（638eV)、鐵（706eV)、鈷（778eV)、鎳 (852eV)、銅（932eV)、鋅（1022eV)、鎵（1116eV)、鍺（1217eV)、鉿（1661eV)、鎢（1809eV)、錸 (1883eV)、鋨（1960eV)等金屬都會(huì)在對(duì)應(yīng)的能量附近出現(xiàn)負(fù)數(shù)相移。理論上這些金屬都可 以用來(lái)制作工作在不同能量的正負(fù)相移雙金屬波帶片。
[0034] 計(jì)算表明，相比于傳統(tǒng)的單金屬相位波帶片，正負(fù)相移雙金屬波帶片出現(xiàn)一級(jí)衍 射效率峰值所需的金屬厚度更低，并且能保持其峰值效率與單金屬峰值效率相當(dāng)。因此，我 們實(shí)現(xiàn)降低制作波帶片難度的同時(shí)，保持了高的衍射效率。而且，在相同的波帶片厚度下 (分辨率優(yōu)于150nm的情況），正負(fù)相移雙金屬