具有高反射率内壁的微孔光学元件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有高反射率内壁的微孔光学元件及其制备方法，该微孔光学元件为密集排布的方形微孔曲面阵列，使用原子层沉积技术在方形微孔内壁沉积复合薄膜，该复合薄膜的材料种类和复合结构经过合理的设计，能够提高X射线在微孔光学元件的通道内壁的反射率，通过这种方法，能够大幅度的提升微孔光学元件的聚焦性能，从而提升器件对于微弱X射线信号的探测精度与效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子纳米薄膜技术制造精密光学元件
，具体涉及具有高反射率内壁的微孔光学元件以及使用原子层沉积技术制作高反射率微孔光学元件的方法。
技术介绍
目前的微弱X射线探测技术的实验探索中，有多种探测方案，其中有一种方案是基于X射线的聚焦探测，通过新型微孔光学元件(MicroPoreOptics，MPO)将X射线进行聚焦，增强X射线的强度，然后使用高性能探测器进行精确探测或者是进行成像，其中核心器件之一是新型微孔光学元件，其对于X射线进行会聚的性能在微弱X射线探测技术中非常关键。X射线不同于可见光，穿透性很强，无法使用光学透镜进行聚焦，新型微孔光学元件基于X射线在小入射角度下能发生全反射的原理工作，能够对X射线进行聚焦，具有体积小、重量轻、聚集效率高等优点，并且抗辐射能力强，可以在强磁场环境下正常工作，有非常好的应用前景。微孔光学元件，由数百万根方形通道规则排列而成，依靠元件中的方形孔的内壁对小角度入射X射线的全反射进行X射线的会聚，X射线的全反射临界角与反射率是影响MPO会聚性能的重要因素。目前制作MPO的基底材料是玻璃，成型之后方孔内壁表面是玻璃材料，玻璃材料对于X射线全反射的能力是决定MPO性能的关键因素。由于玻璃的密度比较小，全反射临界角比较小，而且反射率也比较小，是限制MPO性能的关键因素之一。为了优化MPO的聚焦性能，在MPO的方形微孔内壁进行镀膜，改变参与X射线全反射的反射面材料种类，人工设计制造有利于提高X射线反射率的微纳米薄膜结构，提高X射线反射率，从而提升MPO的聚焦性能。随着纳米薄膜材料科学研究的进展，各种先进镀膜技术也随之发展起来。通过气相转移方式镀膜成为主流，主要分为两大类，包括：物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)和化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)。物理气相沉积，是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面的过程，包括真空热蒸发、电子束蒸发、直流溅射、磁控溅射等；化学气相沉积，是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在固态基体表面。这两种镀膜方式分别具有其各自的优缺点，物理气相沉积更适合在平面上进行镀膜，而化学气相沉积在复杂曲面以及不规则表面上进行镀膜相比于物理气相沉积有其先天的优势，阶梯覆盖性好，能够在三维表面上镀膜。对于在MPO方孔内壁进行镀膜，物理气相沉积镀膜方式由于其很差的复杂形状表面的覆盖能力，显然不适用于MPO孔内壁镀膜。化学气相沉积方法中，普通的化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以及金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)等，在精确地控制薄膜的厚度以及均匀性方面还有欠缺，不足以满足MPO孔道内壁镀膜的要求。新型的原子层沉积技术(AtomicLayerDeposition，ALD)是近年来发展起来的一种先进的薄膜沉积技术，从原理上讲，原子层沉积技术依靠化学反应来沉积薄膜，但是又与通常的化学气相沉积有着很大的区别，原子层沉积技术是依靠“前驱体A－吹扫－前驱体B－吹扫”为循环，通过化学吸附的两个自限制半反应，可以在复杂的表面以及深槽内部进行镀膜，并且薄膜厚度具有很好的均匀性，非常适合在微孔光学元件的微孔内壁沉积薄膜。使用ALD技术在MPO孔道内壁制作人工设计纳米薄膜结构可以有效的提升MPO对X射线的聚焦性能。现有技术的申请号为201510809554.0的中国专利申请“提高微通道板软X射线－极紫外线成像性能的方法及产品”中，提出一种提高微通道板软X射线－极紫外线成像性能的方法及产品，包括：以气态三甲基铝为铝源，以气态去离子水作为氧源，以高纯氮气作为载气和清洁气体，利用原子层沉积系统，在铅铋玻璃制作的方孔微通道板上沉积氧化铝薄膜；以固态乙酰丙酮铱为铱源，以高纯氧气为氧源还原金属铱，以高纯氮气作为载气和清洁气体，利用原子层沉积系统，沉积铱薄膜。在该专利所揭示的技术方案中，使用原子层沉积技术在微孔光学元件方孔内壁沉积一层纯金属铱膜层，相比于铅铋玻璃基底，能够提高微孔光学元件微方孔内壁对极紫外－软X射线波段光线的反射率，从而提升微孔光学元件的性能。从纯金属铱膜层对于不同能量X射线反射率曲线可以看出，在2keV能量左右，存在反射率突然变小，意味着膜层对于能量2keV及其附近能段X射线存在较强吸收，导致反射率较低。对于重点研究2keV能量段X射线的使用者，仅依靠在微孔光学元件孔内壁沉积一层纯金属铱来提升反射率不能够很好的满足其需求。在更高能段，X射线的反射率持续下降，能量大于5keV之后，铅铋玻璃基底以及单层铱金属膜层对于X射线的反射率均变得非常低，无法将器件对于更高能量X射线的汇聚聚焦性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种具有高反射率内壁的微孔光学元件以及使用原子层沉积技术制作高反射率微孔光学元件的方法，在微孔光学元件的微孔内壁沉积一层复合膜层来提高在X射线波段的反射率以及增大全反射临界角，相比于单一金属膜层，提升微孔光学元件的聚焦性能，并且相对于单一金属膜层，复合膜层结构丰富，且具有一定的可调整性。本专利技术的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。为达成上述目的，本专利技术提出一种具有高反射率内壁的微孔光学元件，包括作为基底的密集排列的方形微孔曲面阵列，以及在所述方形微孔曲面阵列的方形微孔内壁表面覆盖的复合薄膜。进一步的实施例中，所述方形微孔曲面阵列的尺寸为50mm＊50mm，方形微孔曲面阵列中微孔形状为边长10um的正方形，相邻微孔之间的孔间距为12um，微孔的深度为0.8mm，方形微孔曲面阵列构造为一球面形状，曲率半径为1m。进一步的实施例中，所述复合薄膜由两种材料通过一定的方式形成复合结构，其中，材料层A为氧化铝，材料层B为金属，包括金属铂(Pt)与金属镍(Ni)中的一种。进一步的实施例中，所述复合结构为材料层A和材料层B的周期叠层结构ABAB…ABAB，其中A层厚度包括5nm、10nm和20nm，其中B层厚度包括5nm，10nm，叠层次数包括5次、10次和20次。根据本专利技术的公开，还提出一种使用原子层沉积技术制作高反射率微孔光学元件的方法，包括：提供一作为基底的密集排列的方形微孔曲面阵列；在所述方形微孔曲面阵列的方形微孔内壁表面使用原子层沉积技术制备复合薄膜，其中所述复合薄膜由两种材料通过一定的方式形成复合结构，其中，材料层A为氧化铝，材料层B为金属，包括金属铂(Pt)与金属镍(Ni)中的一种。进一步的实施例中，所述复合结构为材料层A和材料层B的周期叠层结构ABAB…ABAB，其中A层厚度包括5nm、10nm和20nm，其中B层厚度包括5nm，10nm，叠层次数包括5次、10次和20次。进一步的实施例中，所述复合薄膜的制备具体包括：[1].选取原材料根据方形微孔曲面阵列作为薄膜覆盖的基底，选取制备金属铂Pt的化学有机源材料Pt(acac)2和高纯氧气，选取制备金属镍Ni的有机源材料Ni(acac)2和高纯氢气，选取制备氧化铝材料的有机源材料Al(CH3)3和H2O，以高纯氮气作为源料的载气和清洁气体；[2].制作材料层A[2.1].清洗基底并将清洗后的基底置于反应腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高反射率内壁的微孔光学元件，其特征在于，包括作为基底的密集排列的方形微孔曲面阵列，以及在所述方形微孔曲面阵列的方形微孔内壁表面覆盖的复合薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种具有高反射率内壁的微孔光学元件，其特征在于，包括作为基底的密集排列的方形微孔曲面阵列，以及在所述方形微孔曲面阵列的方形微孔内壁表面覆盖的复合薄膜。2.根据权利要求1所述的具有高反射率内壁的微孔光学元件，其特征在于，所述方形微孔曲面阵列的尺寸为50mm＊50mm，方形微孔曲面阵列中微孔形状为边长10um的正方形，相邻微孔之间的孔间距为12um，微孔的深度为0.8mm，方形微孔曲面阵列构造为一球面形状，曲率半径为1m。3.根据权利要求1所述的具有高反射率内壁的微孔光学元件，其特征在于，所述复合薄膜由两种材料通过一定的方式形成复合结构，其中，材料层A为氧化铝，材料层B为金属，包括金属铂Pt与金属镍Ni中的一种。4.根据权利要求3所述的具有高反射率内壁的微孔光学元件，其特征在于，所述复合结构为材料层A和材料层B的周期叠层结构ABAB…ABAB，其中A层厚度包括5nm、10nm和20nm，其中B层厚度包括5nm，10nm，叠层次数包括5次、10次和20次。5.一种使用原子层沉积技术制作高反射率微孔光学元件的方法，其特征在于，包括：提供一作为基底的密集排列的方形微孔曲面阵列；在所述方形微孔曲面阵列的方形微孔内壁表面使用原子层沉积技术制备复合薄膜，其中所述复合薄膜由两种材料通过一定的方式形成复合结构，其中，材料层A为氧化铝，材料层B为金属，包括金属铂Pt与金属镍Ni中的一种。6.根据权利要求5所述的使用原子层沉积技术制作高反射率微孔光学元件的方法，其特征在于，所述复合结构为材料层A和材料层B的周期叠层结构ABAB…ABAB，其中A层厚度包括5nm、10nm和20nm，其中B层厚度包括5nm，10nm，叠层次数包括5次、10次和20次。7.根据权利要求5所述的使用原子层沉积技术制作高反射率微孔光学元件的方法，其特征在于，所述复合薄膜的制备具体包括：[1].选取原材料根据方形微孔曲面阵列作为薄膜覆盖的基底，选取制备金属铂Pt的化学有机源材料Pt(acac)2和高纯氧气，选取制备金属镍Ni的有机源材料Ni(acac)2和高纯氢气，选取制备氧化铝材料的有机源材料Al(CH3)3和H2O，以高纯氮气作为源料的载气和清洁气体；[2]...

【专利技术属性】
技术研发人员：金戈，邱祥彪，丛晓庆，张正君，王健，张智勇，赵慧民，李婧雯，孙赛林，裴晶，
申请(专利权)人：北方夜视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53