一种基于半导体工艺的平面型龙虾眼聚焦镜头的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种平面型龙虾眼聚焦镜头的制备方法，属于航空航天、光学技术和 微电子技术领域。
【背景技术】
[0002] 相对于准直型探测技术，聚焦型探测技术具有集光面积大、灵敏度高、背景噪声 小、可成像等优点。然而，由于X射线波长极短，几乎所有介质对其的折射率都接近于1， 因此传统的通过折射的方式很难实现聚焦。目前，X射线的聚焦多采用掠入射的方式，典 型的掠入射光学系统包括K-B型光学系统、Wolter型光学系统等。这些光学系统虽然 具有较高的空间分辨力，但是存在严重的离轴像差以及视场小、重量大等缺点。龙虾眼 (lobster-eye)是一种模仿龙虾视觉的光学系统，它由多个通道的掠入射反射镜构成，结构 上的球对称性决定了它没有特定的光轴，任意方向上的聚焦能力都相同，因此具有其它掠 入射光学系统无法企及的大视场特性。龙奸眼光学系统可分为Schmidt结构和Angel结 构，其中Schmidt结构是由两个一维结构的多组平面反射镜正交叠加得到，构造相对简单， 适合于大型、高集光面积的系统；而Angel结构由许多排列在球面上的微小矩形元胞组成， 构造复杂，但具有分辨力高、重量轻等特点。
[0003] Angel龙虾眼目前尚无成熟的制备技术，唯一的方式是借鉴传统商用微通道板 (MCP)的制备方法，采用铅玻璃管经拉制、高温熔合、酸蚀、氢还原而形成的微米级空芯玻璃 管阵列。然而，这种工艺存在纤维热拉制、氢还原工艺和皮芯料选择间互相制约以及工艺技 术的局限性，制作高长径比、大面积的方形微孔列阵的Angel龙虾眼结构非常困难。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种基于半导体工艺的平面型龙虾眼聚焦镜头的制备方 法，能够将半导体电化学刻蚀技术用于制备平面型Angel龙虾眼镜头，方法简单、周期较 短、且易于制造。
[0005] 为达到上述目的，本发明中的方法包括如下步骤：
[0006] 步骤（1)、将n型Si片，进行抛光研磨；
[0007] 步骤（2)、利用氧化工艺或气相沉积在Si片上表面形成硬掩膜；
[0008] 步骤（3)、在硬掩膜上利用光刻胶工艺曝光形成具有方形微孔阵列的掩膜；
[0009] 步骤（4)、利用湿法刻蚀利用掩膜上的方形微孔对Si片进行刻蚀，在每个方形微 孔处对应的Si片上形成带尖端的刻蚀诱导坑；Si片以带有刻蚀诱导坑的一面为正面；
[0010] 步骤（5)、去除硬掩膜，并在Si片背面镀上一层金属电极层，该金属电极层连接电 源的正极；
[0011] 步骤（6)、在Si片正面一定距离处放置金属电极板，该金属电极板连接电源的负 极金属电极板与Si片正面之间具有电解液；开启电源，并在Si片背面加以光照，则由刻蚀 诱导坑处至Si片背面经光电化学刻蚀形成通孔；
[0012] 步骤（7)、除去Si片背面的金属电极，形成龙虾眼初步模型；
[0013] 步骤（8)、在龙虾眼初步模型各表面蒸镀金属反射层。
[0014] 进一步地，硬掩膜为Si02层或者Si3N4层。
[0015] 进一步地，步骤（8)中首先将龙虾眼初步模型各表面进行抛光，使得表面粗糙度 小于lnm，然后在抛光后的表面蒸镀金属反射层。
[0016] 进一步地，金属反射层厚度在20nm以上。
[0017] 进一步地，金属反射层为金属铱Ir反射层。
[0018] 进一步地，其中方形微孔的边长为5ym，两微孔之间间距2ym。
[0019] 有益效果：
[0020] 通过该方法的实施和工艺优化可以制备出边长5-6ym、壁厚2-3ym、深度大于 300ym，直径大于3cm的平面型Angel龙虾眼；由于采用较为成熟的半导体电化学刻蚀技 术，方法简单，周期快、成本低廉。
【附图说明】
[0021] 图1 一方形微孔列阵制备工艺流程图；
[0022] 图2-平面型方形微孔列阵的掩膜层示意图；
[0023] 图3-龙虾眼方形微孔列阵聚焦原理；
[0024] 图4一不同金属膜的全反射临界角与X射线光子能量的关系；
[0025] 图5-Ir反射率与掠入射角的关系曲线。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0027] 实施例1 :
[0028] (1)、本方法的工艺流程如图1所示：
[0029] 第一步、采用直径为3cm〈100>晶向n型Si基片，电阻率为5D? cm，首先进行研 磨清洗；
[0030] 第二步、利用热氧化工艺（氧和HC1气体的混合气氛在1030°C)在Si片上表面形 成3102硬掩膜。
[0031] 第三步、用光致抗蚀剂（KPR)采用定域紫外线曝光的方式在Sicy^掩膜上形成边 长5ym、壁厚2ym的方形微孔阵列掩膜层。所形成平面型方形微孔列阵掩膜层如图2所 不〇
[0032] 第四步、将未保护区域的5102腐蚀掉后，经清洗烘干后可以进行刻蚀诱导坑的制 作。干法刻蚀，如等离子体干法刻蚀技术，其刻蚀结构与硅片晶体结构无关，因此不能形成 带尖端的刻蚀诱导坑。这里可以利用Si片（100)面上的各向异性腐蚀特性，采用湿法刻蚀 技术制备带尖端的刻蚀诱导坑。
[0033] 第五步、去除硬掩膜，并在Si片背面镀上一层金属电极层，该金属电极层连接电 源的正极。
[0034] 第六步、用光电化学刻蚀成硅微孔阵列。采用n型Si片，空穴是少数载流子，故 可在阳极刻蚀过程中辅以Si体背面光照，产生光生载流子（空穴），并通过调节光照强度 以控制光电流的大小，使之完全集中于通道尖端从而产生各向异性的刻蚀。诱导坑可以有 效保证刻蚀的准直性。
[0035] 第七步、刻蚀除去微孔背面的硅以形成通孔，需要注意避免刻蚀掉的多余Si对微 孔进行堵塞。
[0036] 第八步、根据不同的探测X射线能段，选定相应的金属反射层，评估相应的反射率 和表面粗糙度对反射率的影响。制备出的硅微孔阵列通过抛光减小表面粗糙度，使得表面 粗糙度小于lnm，并蒸镀20nm以上的金属反射层。
[0037](2)、龙虾眼方形微孔列阵聚焦原理
[0038] 方形微孔列阵采用掠入射