电子束直写大深宽比Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>薄膜支撑的光栅X射线准直器

李艺杰; 肖君; 陈宜方; 童徐杰; 穆成阳

doi:10.37188/OPE.20223010.1181

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电子束直写大深宽比Si₃N₄薄膜支撑的光栅X射线准直器

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2022-06-21

- 电子束直写大深宽比Si₃N₄薄膜支撑的光栅X射线准直器
- Grating X-ray collimator supported by Si₃N₄ membrane with large aspect ratio written directly by electron beam
- 光学精密工程 2022年30卷第10期页码：1181-1188
- 作者机构：
  
  复旦大学信息科学与工程学院纳米光刻与应用科研组，上海 200433
- 作者简介：
  
  [ "李艺杰（1994-），女，北京人，博士研究生，2016年于首都师范大学获得学士学位，2019年于温州大学获得硕士学位，现为复旦大学信息科学与工程学院博士，主要从事电子束纳米加工在光学部件上的应用研究。E-mail： 19110720074@fudan.edu.cn" ]
  [ "陈宜方（1959-），男，上海人，教授，博士生导师，1990年于英国牛津大学获得博士学位，现为复旦大学信息科学与工程学院微纳系统中心教授，国家高端引进人才，主要从事电子束加工及其在微纳光电子器件、X射线光学器件和超表面等的应用研究。E-mail： yifangchen@fudan.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  上海STCSM项目(19142202700);国家自然科学基金项目(61927820)
- DOI：10.37188/OPE.20223010.1181
  中图分类号： O436.1
- 收稿日期：2021-10-16，
  
  修回日期：2021-11-21，
  
  纸质出版日期：2022-05-25
- 稿件说明：
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李艺杰,肖君,陈宜方等.电子束直写大深宽比Si₃N₄薄膜支撑的光栅X射线准直器[J].光学精密工程,2022,30(10):1181-1188.

LI Yijie,XIAO Jun,CHEN Yifang,et al.Grating X-ray collimator supported by Si₃N₄ membrane with large aspect ratio written directly by electron beam[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(10):1181-1188.
李艺杰,肖君,陈宜方等.电子束直写大深宽比Si₃N₄薄膜支撑的光栅X射线准直器[J].光学精密工程,2022,30(10):1181-1188. DOI： 10.37188/OPE.20223010.1181.

LI Yijie,XIAO Jun,CHEN Yifang,et al.Grating X-ray collimator supported by Si₃N₄ membrane with large aspect ratio written directly by electron beam[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(10):1181-1188. DOI： 10.37188/OPE.20223010.1181.

摘要

为了开发新的X射线准直器，利用电子束光刻（EBL）技术，结合电镀和湿法化学刻蚀工艺，在悬空的Si

隔膜上制作了大面积、高深宽比、微米周期的Au光栅。调整场拼接区域的曝光剂量解决了大面积的EBL光刻问题；用加强筋结构克服了制作高深宽比、高密度光刻胶模板时线条倒塌问题；通过在Si

隔膜下面保留很薄一层Si（25 nm 厚）和改善显影工艺，克服了厚光刻胶在300 nm 厚的Si

隔膜上显影时，光刻胶的断裂问题。实验结果显示，所制备的2 μm周期、深宽比为5.5，面积为400 μm×1 000 μm 的Au光栅可以对光子能量为8 keV的X射线进行调制。所制备的Au光栅狭缝可以用作线平行X射线断层成像系统的探测器准直器件，或面平行X射线断层成像系统的光源准直器件，提高系统的成像速度。

Abstract

The objective of this study was to develop a new X-ray collimator. Electron beam lithography （EBL） technology was coupled with electroplating and wet chemical etching technology to fabricate gold micron gratings involving a large area and high aspect ratio on a suspended silicon nitride membrane. The exposure dose in the field splicing area was adjusted to solve the large area EBL problem. The grating line collapse in high-aspect ratio and high-density photoresist templates was overcome by using a reinforced structure. The thick photoresist spin-coated fracture on the 300-nm Si

membrane was prevented by keeping an extremely thin layer of silicon （25 nm thick） under the thin Si

membrane； therefore， improving the development process. The results demonstrated that the gold gratings with a 2-μm period， 5.5 aspect ratio， and 400-μm by 1000-μm area can modulate the 8-keV energy X-rays. The fabricated gold gratings can be used as detector collimators in line-parallel X-ray tomography systems or as source collimators in area-parallel X-ray tomography systems to improve the imaging speed.

关键词

Keywords

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