微结构阳极X射线源制作关键工艺研究

发布时间：2020-11-06 10:18

　　 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4~6s,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。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

直到 1895 年 10 月，时任德国学者威廉·康拉德·进行了系统性的研究，发现这种射线极具穿透性，并用伦琴将这种未知射线命名为 X 射线[2]。次年 1 月伦琴将立 50 周年上展出，引起了极大的轰动。伦琴本人因这一尔物理学奖。几个月后，X 射线成像就被应用于医学，医病变的位置。随后 B·B·哥利聪院士发现在 X 射线阳极线的基本来源。线源属于充气式结构，阳极易氧化和且 X 射线穿透力不于市场。直到 1910 年俄国物理学家 H·H·列别捷夫提观点，以及 1913 年美国学者 W.D.coolidge 教授设计了一款真空 X 射线管才正式诞生,结构如图 1-1 所示。设计状态以提供管电流所需的电子，并可通过调节灯丝温度量。

微结构阳极 X 射线源制作关键工艺研究得到更加清晰的 X 射线图像，必须提高 X 射线管的功率。但 99%以上都是以热能的形式耗散在阳极上的，阳极温度会极命甚至烧毁阳极。为了解决这一问题，美国科学家 Zed J.Atl 年设计了旋转阳极结构，如图 1-2 所示，射线管工作时，电，使热量分布在一个环形的面积上，并辅之以强大的冷却系度，从此 X 射线管在一定程度上摆脱了功率限制困局，旋转应用领域。

使热量分布在一个环形的面积上，并辅之以强大的冷却度，从此 X 射线管在一定程度上摆脱了功率限制困局，旋应用领域。图 1-2 旋转阳极 X 射线管 70 年代，J.H.Mc 和 L.D.Looney，设计了一种不同于热电射结构 X 射线管，如下图 1-3 所示。场致电子发射又称为面加强电场降低阴极表面势垒，物体内大量电子此时就能射。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙希国;崔玉兴;付兴昌;;0.25μm高精度T型栅制作工艺研究[J];电子工艺技术;2015年04期

2 郝晓亮;;磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J];电子工业专用设备;2013年06期

3 杨强;葛良全;谷懿;花永涛;罗耀耀;;微型X射线管靶材厚度理论计算与出射光谱模拟研究[J];光谱学与光谱分析;2013年04期

4 刘仁臣;吴永刚;夏子奂;王振华;唐平林;梁钊铭;;湿法和溶脱法的亚微米ZnO:Al光栅制备[J];强激光与粒子束;2012年11期

5 马捷;常靖华;王从曾;王芦燕;;化学气相沉积钨锭工艺研究[J];中国表面工程;2007年06期

6 禹爱民;李政;章迪;黄志峰;;微焦点X射线源类同轴相衬成像[J];高能物理与核物理;2006年11期

7 倪赛力;常永勤;龙毅;叶荣昌;;氧化锌纳米棒场发射性能研究[J];物理学报;2006年10期

8 李春燕,王宇,张霞,范惠娟,孙强;图形反转双层光刻胶金属剥离技术[J];电源技术;2005年03期

9 孔令英;影响磁控溅射膜质量的工艺因素[J];半导体技术;1997年05期

10 杨东海;;感光树脂研究的进展[J];化学通报;1976年03期

相关博士学位论文 前3条

1 牟欢;真空密封透射式微型微束调制X射线源[D];中国科学院国家空间科学中心;2017年

2 杨强;微型X射线源关键技术研究[D];成都理工大学;2012年

3 王振天;常规X光源光栅成像相关方法和技术研究[D];清华大学;2010年

相关硕士学位论文 前2条

1 谢艳娜;X射线光柵相衬成像相关理论和方法的研究[D];天津工业大学;2017年

2 刘世杰;厚胶光刻技术研究[D];四川大学;2004年

本文编号：2873007