一种X光宽带选能器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种X光宽带选能器件，该选能器件包括纳米柱阵列、薄金属层和支撑膜；纳米柱阵列制作在薄金属层的上表面，薄金属层的下表面粘贴支撑膜。该选能器件具有微元尺寸小、选能精度高的优点，可应用于空间分辨几个微米的成像诊断设备，实现带谱成像诊断。本发明专利技术还公开了一种X光宽带选能器件的制作方法，该方法利用X射线光刻技术在聚碳酸酯材料上打孔，再利用电化学沉积的方式在孔洞里生长纳米柱，可形成柱体垂直度高、侧壁粗糙度好的纳米柱；还可根据待选能段特征，制作任意高深宽比的正方形纳米柱阵列，通过灵活设计纳米柱的柱高、薄金属层的材料与厚度，以及X射线的掠入射角度可以实现软X射线范围内的任意能段范围的带通选能。

An X-ray broadband energy selector and its fabrication method

The invention discloses an X-ray broadband energy selector, which comprises a nano-column array, a thin metal layer and a supporting film; the nano-column array is fabricated on the upper surface of the thin metal layer, and the supporting film is pasted on the lower surface of the thin metal layer. The energy selector has the advantages of small element size and high energy selection accuracy. It can be applied to imaging diagnostic equipment with spatial resolution of several microns to realize band spectrum imaging diagnosis. The invention also discloses a method for fabricating an X-ray broadband energy selector. The method uses X-ray lithography technology to punch holes in polycarbonate materials, and then uses electrochemical deposition method to grow nano-columns in the holes, which can form nano-columns with high vertical degree and good side wall roughness, and can also be fabricated according to the characteristics of the potential section to be selected. By flexibly designing the column height, the material and thickness of thin metal layer, and the grazing incidence angle of X-ray, the band-pass energy in any range of soft X-ray can be achieved for square nano-column arrays with arbitrary aspect ratio.

【技术实现步骤摘要】
一种X光宽带选能器件及其制作方法
本专利技术属于X光光学领域、X光谱诊断领域和微纳制造领域，具体涉及一种X光宽带选能器件及其制作方法。
技术介绍
在激光间接驱动惯性约束聚变实验中，由于激光与等离子体的相互作用，大部分激光能量转化为X射线。通过对X射线的诊断，可得到相互作用过程中的众多物理参数。在设计间接驱动ICF实验时，为了获得高的吸收效率和高的X光转换效率，黑腔腔壁材料一般采用高Z元素金。激光加热金壁产生的高温金等离子体X光辐射具有显著的非平衡特性，即X光谱具有一定带谱结构，通常由M、N、O带谱和连续谱组成。黑腔腔壁材料金（Au）的原子结构特性对黑腔辐射谱及其能流有较大影响，同时Au的M带辐射对靶丸壳层的预热效应也将严重影响内爆压缩对称性，故需要精确测量Au辐射谱中的O、N和M带谱的份额、强度以及带谱辐射时空演化过程等。因此，近年来，ICF研究更关注Au的O、N、M带谱X射线测量，以及带谱辐射演化过程的可视化研究，因此带谱成像诊断成为亟需发展的诊断设备。目前的带通诊断设备主要有M带XRD，用于定量测量Au的M带X射线辐射流。在一定厚度的薄Sc滤片上溅射一薄层B，再叠加按一定占空比排列的孔洞结构的厚Sc滤片，利用厚薄滤片透过率的平均效应调制阴极的入射光强度，结合阴极谱响应曲线实现带通平顶。其选能的主要依据是滤片材料的吸收边，对于吸收边以外的高能X射线，并不具备截止效果。同时，由于厚滤片的圆孔直径为5um左右，周期为10um左右，其尺寸为微米量级，该器件无法实现十微米以内带通成像。最新的基于微通道板（MCP）的透射式带通选能研究表明，对于入射角度不同、能量不同的软X光，其在MCP微通道内壁的反射次数、反射比率不同，从而导致X光经MCP后的透射比率不同。该元件与滤片配合可实现窄能带选通，但由于MCP本身制作工艺的限制，难以实现平顶带通。目前，MCP微通道直径最小为6um，单元尺寸无法达到纳米量级，同样无法用于单个象元尺寸为几个微米的带通成像诊断。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种X光宽带选能器件，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种X光宽带选能器件的制作方法。本专利技术的X光宽带选能器件，其特点是，所述的选能器件包括纳米柱阵列、薄金属层和支撑膜；所述的纳米柱阵列为阵列的正方形金柱体；薄金属层为金属铝或金属银的金属膜；所述的纳米柱阵列制作在薄金属层的上表面，薄金属层的下表面粘贴支撑膜。所述的纳米柱阵列为由边长200nm的正方形金柱体构成的金纳米柱阵列。所述的金纳米柱阵列的排列方式为等间距排列，横向排列周期为400nm，纵向排列周期为200nm。所述的支撑膜的材料为聚酰亚胺，厚度为2um。本专利技术的X光宽带选能器件的制作方法包括以下步骤：a.在聚碳酸脂材料上按照设计的孔位、形状利用同步辐射装置上波长小于0.1nm的X光进行X光光刻直至打成通孔阵列；b.在聚碳酸脂材料的表面采用磁控溅射的方式镀制薄金属层；c.将聚碳酸脂材料翻转180°，薄金属层置于底部，在聚碳酸脂材料的通孔阵列的孔洞里用电化学沉积方式生长金纳米柱，直至通孔阵列被充满；d.在薄金属层的下表面粘贴2um厚的聚酰亚胺支撑膜，获得包含金纳米柱的聚碳酸脂块；e.将聚碳酸脂块放入二氯甲烷溶剂中，直至聚碳酸脂全部溶解，金纳米柱全部露出，形成纳米柱阵列，得到所需。本专利技术的X光宽带选能器件的选能原理如下：当复杂光谱的X射线以特定的掠入射角照射到纳米柱上时，由于纳米柱侧壁的光洁度非常高，可作为金属镜面反射X光，基于金属平面镜的掠入射原理，照射到纳米柱侧壁的X射线，只有能量低于截止能量的X射线能被多次反射，然后照射到薄金属层和支撑膜，薄金属层和支撑膜将低能X射线滤掉，从而实现X光的带通选能。本专利技术的X光宽带选能器件中的纳米柱阵列由截面尺寸为百纳米级的金纳米柱构成，可作为单元尺寸仅几个微米的成像设备的带通选能元件；薄金属层和聚酰亚胺支撑膜可起到低能截止滤片的作用，纳米柱侧壁的掠入射效应可实现高能截止，相当于将低能截止滤片与高能截止元件合为一个整体，减小了配合难度，提高了使用效率。本专利技术的X光宽带选能器件的制作方法利用X射线光刻技术在聚碳酸酯材料上打孔，再利用电化学沉积的方式在孔洞里生长纳米柱，可形成柱体垂直度高、侧壁粗糙度好的纳米柱，有效提高X光宽带选能器件的通光效率；还可根据待选能段特征，制作高深宽比的正方形纳米柱阵列，通过灵活设计纳米柱的柱高、薄金属层的材料与厚度，以及X射线的掠入射角度可以实现软X射线范围内的任意能段范围的带通选能。本专利技术的X光宽带选能器件具有微元尺寸小、选能精度高、使用效率高、带通能段任意可选的优点，可应用于空间分辨几个微米的成像诊断设备，实现带谱成像诊断。本专利技术的X光宽带选能器件的制作方法简单，可操作性强，成品率高。附图说明图1为本专利技术的X光宽带选能器件的结构示意图；图2为本专利技术的X光宽带选能器件的制作方法的流程示意图；图3为本专利技术的X光宽带选能器件中的纳米柱阵列排列方式示意图；图4为X光宽带选能器件的透过率曲线（掠入射角θ=2°，薄金属层为200nm厚的银，纳米柱边长为200nm，纳米柱高为8um）；图5为X光宽带选能器件的透过率曲线（掠入射角θ=2°，薄金属层为2um厚的铝，纳米柱边长为200nm，纳米柱高为8um）；图6为X光宽带选能器件的透过率曲线（掠入射角θ=3.4°，薄金属层为200nm厚的银，纳米柱边长为200nm，纳米柱高为12um）；图7为X光宽带选能器件的透过率曲线（掠入射角θ=1°，薄金属层为2um厚的银，纳米柱边长为200nm，纳米柱高为12um）。图中，1.纳米柱阵列2.薄金属层3.支撑膜θ为掠入射角即入射光线与纳米柱侧壁的夹角。具体实施方式下面通过附图和实施例详细说明本专利技术。如图1所示，本专利技术的X光宽带选能器件包括纳米柱阵列1、薄金属层2和支撑膜3；所述的纳米柱阵列1为阵列的正方形金柱体；薄金属层2为金属铝或金属银的金属膜；所述的纳米柱阵列1制作在薄金属层2的上表面，薄金属层2的下表面粘贴支撑膜3。所述的纳米柱阵列1为由边长200nm的正方形金柱体构成的金纳米柱阵列。所述的金纳米柱阵列的排列方式为如图2所示的等间距排列，横向排列周期为400nm，纵向排列周期为200nm。所述的支撑膜3的材料为聚酰亚胺，厚度为2um。如图3所示，本专利技术的X光宽带选能器件的制作方法包括以下步骤：a.在聚碳酸脂材料上按照设计的孔位、形状利用同步辐射装置上波长小于0.1nm的X光进行X光光刻直至打成通孔阵列；b.在聚碳酸脂材料的表面采用磁控溅射的方式镀制薄金属层2；c.将聚碳酸脂材料翻转180°，薄金属层2置于底部，在聚碳酸脂材料的通孔阵列的孔洞里用电化学沉积方式生长金纳米柱，直至通孔阵列被充满；d.在薄金属层2的下表面粘贴2um厚的聚酰亚胺支撑膜3，获得包含金纳米柱的聚碳酸脂块；e.将聚碳酸脂块放入二氯甲烷溶剂中，直至聚碳酸脂全部溶解，金纳米柱全部露出，形成纳米柱阵列1，得到所需。实施例1本实施例利用同步辐射装置上波长小于0.1nm的X光进行X光光刻，孔为正方形，边长为200nm，打孔深度为8um，孔的排列方式如图3所示。在完成打孔的聚碳酸脂表面采用磁控溅射的方式镀制厚度为200nm的金属Ag。然后在薄金属层2正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种X光宽带选能器件，其特征在于：所述的选能器件包括纳米柱阵列（1）、薄金属层（2）和支撑膜（3）；所述的纳米柱阵列（1）为阵列的正方形金柱体；薄金属层（2）为金属铝或金属银的金属膜；所述的纳米柱阵列（1）制作在薄金属层（2）的上表面，薄金属层（2）的下表面粘贴支撑膜（3）。

【技术特征摘要】
1.一种X光宽带选能器件，其特征在于：所述的选能器件包括纳米柱阵列（1）、薄金属层（2）和支撑膜（3）；所述的纳米柱阵列（1）为阵列的正方形金柱体；薄金属层（2）为金属铝或金属银的金属膜；所述的纳米柱阵列（1）制作在薄金属层（2）的上表面，薄金属层（2）的下表面粘贴支撑膜（3）。2.根据权利要求1所述的X光宽带选能器件，其特征在于：所述的纳米柱阵列（1）为由边长200nm的正方形金柱体构成的金纳米柱阵列。3.根据权利要求2所述的X光宽带选能器件，其特征在于：所述的金纳米柱阵列的排列方式为等间距排列，横向排列周期为400nm，纵向排列周期为200nm。4.根据权利要求1所述的X光宽带选能器件，其特征在于：所述的支撑膜（...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁铮，曹柱荣，牛高，黎宇坤，邓克立，王强强，邓博，陈韬，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51