一种软Ｘ射线非冗余全息术中纳米针孔探头及其制备方法。纳米针孔在Ｘ射线非冗余全息术中、Ｘ射线扫描显微术和Ｘ射线成象显微术以及光盘存储信息中有着重要的应用。本发明专利技术采用两种方法制作纳米针孔，一种方法是先在带有制作好小圆胶点的基片表面上镀金膜，利用圆胶点形成小孔，再用电镀法缩孔，另一种方法是利用基片表面的不平整性直接在表面上镀金膜而获得。两种方法均可制得孔径ａ〈２００纳米，孔深Ｈ〉２００纳米，且孔缘厚度ｈ〉５０纳米的纳米针孔。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关软X射线非冗余全息术中纳米针孔探头及其制作方法本专利技术主要是在软X射线非冗余全息术中，利用纳米针孔作参考点光源，以获得纳米量级的样品信息。除此以外，本专利技术还可以广泛用于利用纳米针孔探头技术以获得纳米信息的各个领域。如在X射线扫描显微术和X射线成像显微术中，利用纳米针孔来限制扫描光斑和成像光斑的大小，可获得纳米量级的分辨能力。又如光盘存储信息密度不仅与材料有关，而且还取决于读写头焦距光斑的大小，若可以利用纳米针孔探头作读写头，将成数量级的提高光盘的存储密度。已有技术(1)隧道扫描显微镜(Scanning Tunneling Microscope STM)作为一种强有力的纳米加工工具已经得到普遍重视和使用，许多国外的研究部门陆续报道了他们微刻纳米尺度的结果，充分肯定了利用隧道扫描显微镜进行纳米加工的可行性。隧道扫描显微镜加工特点如下1)极高的横向分辨率。2)容易形成高强度电场。3)具有足够能量的低能电子。4)加工时间和状态容易控制。5)兼有加工和测量双重功能。因此可利用隧道扫描显微镜来加工纳米针孔，但是，孔深只能做到5纳米左右。在软X全息术中，由于入射的同步辐射光能量高，能流密度大，纳米针孔的孔缘厚度如果小于30纳米就会被击穿而造成扩孔现象。(请参阅E.J.Van Loenen，D.DijKamp等人发表于AppliedPhysics Letter，55，1312，1989的文章；Y.Z.Li等人发表于Applied Physics Letter，54，1424，1989的文章；L. Stockman等人发表于Phantoms Newsletter，N.2，September-October，1993的文章；以及J.Tersff与D.R.Hamanm发表于PhysicsReview，B31，805，1985的文章。)(2)激光打孔，激光束方向性好而且输出功率高。通过光学整形和聚焦系统，在焦点处可获得109W/cm的功率密度，可使加工件表面温度高达104℃，被加工材料在瞬间熔化和汽化。但是激光加工针孔受到激光有限焦斑尺度的影响，正如大家所知其焦斑尺度受到了衍射极限尺度的限制。目前即使用上共焦技术也只能把聚焦光斑减小到原爱里斑的1/2，不可能获得200纳米以下的针孔。(蒋欣荣的著作“细微加工技术”，北京，电子工业出版社，1990；以及C.J.R.Sheppard的文章“Scanning OpticalMicroscopy”，In Advances In Optical and Electron Microscopy，Vol.10，R.Barer和V.E.Cosslett编辑，1-98，Academic Press，London，1987.)(3)光刻技术。我们知道一般的光刻技术均受到光学衍射极限的限制，无法制作纳米尺度的针孔。短波长光刻技术如X光光刻虽是可行之路，但由于光束质量不好、代价昂贵而限制了其应用。尤其当同步辐射源亮度不够强，单色性也不够好时，用X光光刻制造纳米针孔很困难。(4)电子束曝光和离子束溅射。电子光学系统可以提供微米乃至纳米级的针孔。它加工的机制基本上是一种热过程，被高能电子轰击的材料产生局部加热蒸发。在加工过程中，对于厚的样品，随着加工时间的加长，孔的横向尺度也会加大。所以在加工厚度上和横向尺度上有一定的制约关系。在厚度上达到50纳米以上还是困难的。而离子的动能大，加工机制复杂，目前利用这种方法仅能加工微米级的针孔，不可能更小，这是由于束的质量所限。(请参阅K.Kanaya，K.Shimizu等人发表于Bull.Electrotech.Lab.，32，280-292，1968。)(5)电镀缩孔。利用电子束曝光或其他方法先获得微米级或亚微米级的小孔，再利用电镀的方法加厚、填补小孔，使得孔径逐渐缩小。适当控制电镀的时间，可获得纳米级的针孔。但是，单纯使用电镀缩孔方法，将微米级的大孔缩孔而获得的小孔的边缘较薄，在高能软X射线的冲击下将产生扩孔现象。而且，由于电镀时间较长，电镀液中的杂质和原孔形状的不规则性，使得电流的空间分布非常复杂，甚至出现各向异性，造成缩孔后的孔的形状非常不规则，孔缘也容易出现枝网状结构，影响纳米孔的衍射特性。自从伦琴1895年发现X射线以来，人们不断地认识到X光的特有优点强烈地穿透性和合适地波长，正好填补了光学显微镜和电子显微镜之间的空缺，特别是“水窗”波段的软X光(2.3-4.4纳米)，对生物样品具有天然的对比度增强机制。在此波段若能获得纳米分辨率，将使人们有可能在细胞水平上看清生物分子的三维结构和化学反应的变化过程，这必将给予现代生物学和遗传学等相关学科以强大的推动力。目前，X光显微术的研究已在全球范围内展开，但由于难以制作高精度的光学成像系统，迄今对X光波段曾建议过的多种显微术无一能达到纳米级分辨率。因此我们提出将纳米针孔探头技术应用于X光波段，试图突破过去X光显微技术的水平。(请参阅王之江的文章，科学通报，38，2205，1993。)本专利技术的目的是为了完成软X光非冗余全息图的记录。其中最关键的是获得可作为纳米探头的孔径小，孔深深，孔缘厚的纳米针孔。为此，提出切实可行的获得纳米针孔的制作方法，克服上述已有技术中各种制作方法存在的问题。(1)纳米探头与X光全息术目前普遍采用的X光全息的记录方式有两种一种是同轴全息，另一种为非冗余全息。对于非冗余全息记录方式，分辨细节的能力与记录介质的分辨率无关，此时的横向分辨率取决于参考点源的尺寸。(请参阅J.C.Solem，LA-9508-MS，UC-48，1982。)关于这一点，我们可以这样来分析在直角坐标下，参考球面波从点R(0，0，0)发出，样品面上任意两点A，B，不失一般性，假定其坐标分别为S1(0，c，0)，S2(0，d，0)。则上述三点在全息记录平面上点(x，y，b)处的振幅分别为Er=A/(x2+y2+b2)1/2exp{-ik(x2+y2+b2)1/2}]]>Enl=a/[x2+(y-c)2+b2]1/2exp{-ik(x2+(y-c)2+b2)1/2}]]>En2=a/[x2+(y-d)2+b2]1/2exp{-ik(x2+(y-d)2+b2)1/2}---(1)]]>上式中I为复数因子， ，k为波数， ，1为入射光的波长。如果c，d，b之间满足关系式c，d＜＜b，则位相因子简化为[x2+(y-c)2+b2]1/2≈r(1-2cy/r2)1/2≈r(1-cy/r2)]]>[x2+(y-d)2+b2]1/2≈r(1-dy/r2)---(2)]]>振幅因子简化为[x2+(y-c)2+b2]1/2≈(x2+(y-d)2+b2)1/2≈(x2+y2+b2)1/2=r---(3)]]>由(1)，(2)，(3)可知平面(x，y，b)上的强光分布为I＝(Er+Es1+Es2)(Er+Es1+Es2)＝1/r2{A2+2a2+2Aacos(kcy/r)+2Aacos(kdy/r)+2a2cos[k(c-d)y/r]}＝1/r2{A2+2a2+4Aacos(k(c+d)y/2r)cos[k(c-d本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种软Ｘ射线非冗余全息术中纳米针孔探头，包括基片（１），基片（１）一表面上有金膜（２），基片（１）上有大孔（４），金膜（２）上有针孔（３），针孔（３）的横向孔径ａ＜２００纳米，其特征在于针孔（３）的孔深Ｈ＞２００纳米，针孔（３）的孔缘厚度ｈ＞５０纳米。
【技术特征摘要】
1.一种软X射线非冗余全息术中纳米针孔探头，包括基片(1)，基片(1)一表面上有金膜(2)，基片(1)上有大孔(4)，金膜(2)上有针孔(3)，针孔(3)的横向孔径a＜200纳米，其特征在于针孔(3)的孔深H＞200纳米，针孔(3)的孔缘厚度h＞50纳米。2.一种软X射线非冗余全息术中纳米针孔探头的制备方法，采用电镀法缩孔，其特征在于在基片(1)上制作小圆胶点并镀金膜(2)，再溶掉小圆胶点在金膜上形成小孔，然后用电镀法缩孔构成针孔(3)，具体工艺流程是<1>制备基片(1)按要求的尺寸切片，精磨，抛光，并进行清洁处理，<2>制作网格在上述基片(1)的一表面上制成网格，并在基片(1)带有网格的表面上涂上一层胶层，<3>制作圆胶点在基片胶层上制作直径1微米的圆胶点，用过显影的方法制得直径约300纳米的小圆胶点，<4>蒸镀金膜在基片...
【专利技术属性】
技术研发人员：张需明，王桂英，曹根娣，王之江，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。