[发明专利]一种多层膜X射线波带片的制备方法

说明书

一种多层膜X射线波带片的制备方法，首先根据设计的波带片高度，在作为波带片主体支撑的中心细丝(1)的侧表面进行选择性遮挡，随后采用薄膜沉积方法在中心细丝(1)表面交替沉积两种薄膜材料，该多层膜作为波带片的环带结构，每层薄膜的厚度沿径向按波带片的设计需求逐层递减，在多层膜的外表面再沉积一层保护膜，完成沉积后去除中心细丝(1)上的遮挡物，在中心细丝(1)上得到多个多层膜波带片结构，然后利用离子束对每个多层膜截面进行刻蚀、抛光，最后在无多层膜处切断中心细丝(1)，即可得到所需波带片。

技术领域

本发明涉及一种多层膜X射线波带片的制备方法。

背景技术

X射线波长在0.01-10nm之间，利用X射线波段的显微技术可以看到物体内部尺寸更小的结构，分辨率更高，可用于物质的无损检测和三维显微成像，具有对厚样品进行纳米分辨成像的潜力。波带片是X射线显微成像技术的核心元件，其分辨率与波带片最外环宽度基本相当，因此要实现X射线高分辨率的探测和成像，需要缩小波带片的最外环宽度。同时，为提高波长更短的硬X射线的衍射效率，需要增加波带片的高度，使得相邻两个波带之间的位相差为π，所以高分辨率、大高宽比的波带片制备是其发展方向。目前，研究人员主要利用电子束曝光与X射线光刻技术来制备X射线波带片，已报道的波带片最高分辨率达12nm，高宽比为2.5：1，衍射效率仅为0.6％，这种制作工艺不仅复杂，价格昂贵，而且难以制备同时具有纳米级最外环宽度和超大高宽比的X射线波带片，限制了波带片在硬X射线领域的应用。

多层膜法适合制备大高宽比的X射线波带片，即通过溅射的方法在旋转的细丝上交替沉积两种材料，然后将其切成薄片，再将薄片抛光、减薄到所要求的厚度。目前常用的切片抛光工艺有两种，一是将附有多层膜的细丝镶样，利用抛光仪器将其抛光减薄到所需的厚度，这种方法获得的波带片截面粗糙度较大；二是利用聚焦离子束进行切割，这种方法获得的波带片截面粗糙度小，但抛光时间长、成本高，且因波带片直径相对较大，离子束切割后其截面会出现倾斜侧壁，进而改变波带片的焦点位置和其他性能。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提出一种多层膜X射线波带片的制备方法。本发明通过遮挡实现在中心细丝上有选择地沉积多层膜，在切片工艺中，利用离子束仅对波带片的多层膜部分进行抛光减薄，无需对整个波带片截面进行离子束刻蚀和抛光，因多层膜的厚度较中心细丝直径小得多，离子束刻蚀时不会出现倾斜侧壁的现象。本发明利用薄膜沉积方法制备波带片的多层膜结构，通过对沉积工艺参数的控制，可实现纳米量级的最外环宽度。结合切片工艺可获得最优化高宽比的波带片，通过测量波带片一级焦点处光强与照射在波带片上光强的比值计算波带片的衍射效率，其理论衍射效率可达40％。

本发明多层膜X射线波带片的制备方法如下：

首先根据设计的波带片高度，在作为波带片主体支撑的中心细丝侧表面进行选择性遮挡，每段未被遮挡的中心细丝长度略大于设计的波带片高度。随后采用薄膜沉积方法在中心细丝表面交替沉积两种薄膜材料，该多层膜作为波带片的环带结构，每层薄膜的厚度沿径向按波带片的设计需求逐层递减，在多层膜的外表面再沉积一层保护膜，完成沉积后去除中心细丝上的遮挡物，在中心细丝上得到多个多层膜波带片结构。然后利用离子束对每个多层膜截面进行刻蚀、抛光，最后在无多层膜处切断中心细丝即可得到所需波带片。

所述中心细丝可以为钨、金、银、铜、镍、铂等高密度金属细丝，也可为石英等低密度非金属细丝，优选为金。

对中心细丝进行选择性遮挡，可以直接部分遮挡细丝，也可以将细丝全部遮挡后利用物理或化学方法去掉部分遮挡。

所述未被遮挡的细丝长度略大于设计的波带片高度。

所述细丝遮挡部分的长度要便于切割，优选大于5mm。

所述薄膜沉积的方法可以为原子层沉积法、磁控溅射法、激光沉积法等，优选原子层沉积法。