[發(fā)明專(zhuān)利]具有高反射率內(nèi)壁的微孔光學(xué)元件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610856017.6
• 申請(qǐng)日: 2016-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106548821B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金戈;邱祥彪;叢曉慶;張正君;王健;張智勇;趙慧民;李婧雯;孫賽林;裴晶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北方夜視技術(shù)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G21K1/06
• 分類(lèi)號(hào): G21K1/06;C23C16/40;C23C16/18;C23C16/455
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專(zhuān)利代理有限公司11429
• 代理人: 王菊花

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子納米薄膜技術(shù)制造精密光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有高反射率內(nèi)壁的微孔光學(xué)元件以及使用原子層沉積技術(shù)制作高反射率微孔光學(xué)元件的方法。

背景技術(shù)

目前的微弱X射線探測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)探索中，有多種探測(cè)方案，其中有一種方案是基于X射線的聚焦探測(cè)，通過(guò)新型微孔光學(xué)元件(Micro Pore Optics，MPO)將X射線進(jìn)行聚焦，增強(qiáng)X射線的強(qiáng)度，然后使用高性能探測(cè)器進(jìn)行精確探測(cè)或者是進(jìn)行成像，其中核心器件之一是新型微孔光學(xué)元件，其對(duì)于X射線進(jìn)行會(huì)聚的性能在微弱X射線探測(cè)技術(shù)中非常關(guān)鍵。X射線不同于可見(jiàn)光，穿透性很強(qiáng)，無(wú)法使用光學(xué)透鏡進(jìn)行聚焦，新型微孔光學(xué)元件基于X射線在小入射角度下能發(fā)生全反射的原理工作，能夠?qū)射線進(jìn)行聚焦，具有體積小、重量輕、聚集效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且抗輻射能力強(qiáng)，可以在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下正常工作，有非常好的應(yīng)用前景。

微孔光學(xué)元件，由數(shù)百萬(wàn)根方形通道規(guī)則排列而成，依靠元件中的方形孔的內(nèi)壁對(duì)小角度入射X射線的全反射進(jìn)行X射線的會(huì)聚，X射線的全反射臨界角與反射率是影響MPO會(huì)聚性能的重要因素。目前制作MPO的基底材料是玻璃，成型之后方孔內(nèi)壁表面是玻璃材料，玻璃材料對(duì)于X射線全反射的能力是決定MPO性能的關(guān)鍵因素。由于玻璃的密度比較小，全反射臨界角比較小，而且反射率也比較小，是限制MPO性能的關(guān)鍵因素之一。為了優(yōu)化MPO的聚焦性能，在MPO的方形微孔內(nèi)壁進(jìn)行鍍膜，改變參與X射線全反射的反射面材料種類(lèi)，人工設(shè)計(jì)制造有利于提高X射線反射率的微納米薄膜結(jié)構(gòu)，提高X射線反射率，從而提升MPO的聚焦性能。

隨著納米薄膜材料科學(xué)研究的進(jìn)展，各種先進(jìn)鍍膜技術(shù)也隨之發(fā)展起來(lái)。通過(guò)氣相轉(zhuǎn)移方式鍍膜成為主流，主要分為兩大類(lèi)，包括：物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)和化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)。物理氣相沉積，是指利用物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由源轉(zhuǎn)移到基材表面的過(guò)程，包括真空熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、直流濺射、磁控濺射等；化學(xué)氣相沉積，是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在固態(tài)基體表面。這兩種鍍膜方式分別具有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，物理氣相沉積更適合在平面上進(jìn)行鍍膜，而化學(xué)氣相沉積在復(fù)雜曲面以及不規(guī)則表面上進(jìn)行鍍膜相比于物理氣相沉積有其先天的優(yōu)勢(shì)，階梯覆蓋性好，能夠在三維表面上鍍膜。對(duì)于在MPO方孔內(nèi)壁進(jìn)行鍍膜，物理氣相沉積鍍膜方式由于其很差的復(fù)雜形狀表面的覆蓋能力，顯然不適用于MPO孔內(nèi)壁鍍膜。化學(xué)氣相沉積方法中，普通的化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)以及金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等，在精確地控制薄膜的厚度以及均勻性方面還有欠缺，不足以滿(mǎn)足MPO孔道內(nèi)壁鍍膜的要求。新型的原子層沉積技術(shù)(Atomic Layer Deposition，ALD)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的薄膜沉積技術(shù)，從原理上講，原子層沉積技術(shù)依靠化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉積薄膜，但是又與通常的化學(xué)氣相沉積有著很大的區(qū)別，原子層沉積技術(shù)是依靠“前驅(qū)體A－吹掃－前驅(qū)體B－吹掃”為循環(huán)，通過(guò)化學(xué)吸附的兩個(gè)自限制半反應(yīng)，可以在復(fù)雜的表面以及深槽內(nèi)部進(jìn)行鍍膜，并且薄膜厚度具有很好的均勻性，非常適合在微孔光學(xué)元件的微孔內(nèi)壁沉積薄膜。使用ALD技術(shù)在MPO孔道內(nèi)壁制作人工設(shè)計(jì)納米薄膜結(jié)構(gòu)可以有效的提升MPO對(duì)X射線的聚焦性能。