1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院电工研究所，北京 100190
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源，上海 201800
针对X射线波带片对大高宽比的应用需求，采用原子层沉积法在光滑的金属丝表面生长膜厚可高精度控制的多层膜环带结构，再利用聚焦离子束切片技术获得大高宽比的多层膜X射线波带片。采用复振幅叠加法设计了以Al2O3/HfO2分别为明环和暗环材料的X射线波带片，实验上利用原子层沉积在直径为72 μm的金丝表面交替沉积了10.11 μm的Al2O3/HfO2多层膜，环带数为356，总直径为92.22 μm，最外环宽度为25 nm。通过聚焦离子束切割得到高为1.08 μm、高宽比达43∶1的X射线多层膜菲涅耳波带片。该波带片应用于上海光源（BL08U1A）软X射线成像线站时，在1.2 keV X射线下实现聚焦成像功能，展现出利用该技术制备多层膜X射线波带片的潜力。
X射线菲涅耳波带片 原子层沉积 聚焦离子束 大高宽比 多层膜 光学学报
2023, 43(11): 1134001
王玥 1,3,4陈楠 1,2,3,4王博雨 1,5刘涛 1,3,4夏洋 1,2,3,4
1 中国科学院微电子研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
3 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心,北京 100029
4 集成电路测试技术北京市重点实验室,北京100089
5 北京交通大学研究生院,北京100044
近红外傅里叶变换光谱仪作为一种常用的科研级近红外光谱检测仪器, 广泛应用于各个科研领域。 目前的近红外光谱仪着重于光谱分辨率方面的提升, 在光谱信噪比提升方面关注较少。 光谱信噪比直接影响光谱线指数测量精度的优劣, 光谱信噪比越高, 光谱线指数测量精度越高, 越有利于对微量物质进行精细光谱比对。 因此, 提升光谱仪的光谱信噪比是十分必要的。 对比常用的钨灯光源, 激光驱动等离子体光源(LDLS)不仅在近红外区域具有高光照强度的优点, 而且其独特的高频调制输出信号在经锁相放大器调制解调后能够很好的抑制背景信号对干涉光谱所带来的影响。 高亮度与辐射调制的结合使得以LDLS作为光源的近红外傅里叶变换光谱系统在光谱信噪比方面获得显著提升。 基于上述原因, 提出利用新型激光驱动等离子体光源作为光谱信号输出源的近红外傅里叶变换光谱系统, 并与含有调制能力的钨灯光源搭建的近红外傅里叶变换光谱系统进行了信噪比的比较实验。 首先利用钨灯光源由斩波器高频调制再经过锁相放大器解调的方式, 对锁相放大器积分时间进行优化并通过计算干涉光谱信噪比进行评估, 分别对比了积分时间为0.5, 1, 5, 10和20 ms的干涉光谱信噪比与对称度, 确定后续系统中的锁相放大器最佳积分时间为5 ms, 该状态下钨灯光源所实现的干涉光谱信噪比经计算约为90:1; 其次利用激光驱动等离子体光源代替钨灯光源和斩波器, 在最佳积分时间下进行干涉光谱信噪比对比评估, 结果表明激光驱动等离子体光源的干涉光谱信噪比与传统钨灯光源相比提升111倍; 最后, 利用近红外标准片对系统进行光谱测量准确性评估, 结果表明利用该光源的近红外傅里叶变换光谱系统的近红外吸收峰值误差<0.5 nm, 具有高光谱准确性与分辨能力。
傅里叶变换光谱仪 激光等离子体 近红外光谱技术 锁相放大 信噪比 Fourier transform spectrometer Laser plasma Near infrared spectroscopy Lock-in amplifier Signal-to-noise ratio 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1666
辽宁师范大学物理与电子技术学院, 辽宁 大连 116029
以聚对苯二甲酸乙二醇酯作为介质, 在大气压下产生氦氩混合气体放电等离子体。 利用电压电流探头、 数字示波器和数码相机研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯介质阻挡氦氩混合气体放电的电学特性和发光特性。 发现随氩气含量增加, 每半个电压周期出现一个或多个电流脉冲, 放电由均匀放电转变为斑图放电。 利用衍射光栅和CCD探测器组成的光谱系统测量了氩原子谱线(696.54, 763.13, 772.09, 811.17和911.81 nm)光谱强度。 研究了氩气含量、 峰值电压对氩原子谱线光谱强度的影响。 实验结果表明: 在峰值电压较低时, 上述五条氩原子谱线光谱强度随氩气含量的增加均呈现先增强—后减弱—再增强的变化规律; 在峰值电压较高时, 波长为696.54, 763.13和772.09 nm三条谱线光谱强度增强, 波长为811.17和911.81 nm谱线光谱强度减弱。 上述情况表明: 在低峰值电压下, 上述五条氩原子谱线光谱强度的变化规律是由于在放电过程中放电模式发生了变化; 而在髙峰值电压下, 五条谱线强度变化与气体激发机制有关。 在氩气含量低于30%或高于80%时, 氩原子谱线光谱强度随峰值电压的增加先保持不变, 再增强到稳定值; 在氩气含量介于30%~80%之间时, 氩原子谱线光谱强度随峰值电压的增加也呈现先增强—后减弱—再增强的变化规律; 利用玻尔兹曼图形法计算了氩原子放电的电子激发温度, 得到了不同峰值电压下电子激发温度随氦气/氩气比例变化的规律: 高峰值电压下电子激发温度明显高于低峰值电压下电子激发温度; 电子激发温度随氩气含量增加而减小。 出现上述变化规律的原因主要是由于电子与氦原子碰撞截面小, 电子与氩原子碰撞截面大, 而氦气扩散系数大于氩气扩散系数。
介质阻挡放电 氩气含量 光谱强度 电子激发温度 Dielectric barrier discharge Argon content Spectra intensity Electron excitation temperature 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3602
光子学报
2021, 50(11): 1111001
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学微电子学院, 北京 101407
3 中国科学院电工研究所, 北京 100080
4 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心, 北京 100029
5 北京交通大学理学院, 北京 100044
菲涅耳波带片(FZP)能实现光源聚焦,是硬X射线显微成像最重要的组成元件之一。分辨率与衍射效率是FZP最重要的两个参数,但在实际设计与制备中,两者往往难以同时兼顾。因此,提出了一种基于严格耦合波理论的硬X射线FZP设计方法。该方法在指定分辨率的基础上优化衍射效率,给出了硬X射线FZP组成材料、环带宽度、外径、厚度以及厚度控制精度等参数的优化值。同时考虑到材料色散的影响,给出了最优衍射效率随光源能量变化的分布情况,为显微成像中的光源选择提供了参考。
成像系统 菲涅耳波带片 分辨率 衍射效率 严格耦合波 硬X射线 光学学报
2021, 41(11): 1111002
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心, 北京 100029
4 北京交通大学理学院, 北京 100044
傅里叶红外光谱（FTIR）是材料表征的一种重要手段, 然而受限于光的衍射极限, 传统傅里叶红外光谱仪的极限空间分辨率在微米量级, 无法应用于纳米材料的表征。 纳米傅里叶红外光谱（Nano-FTIR）是一种新兴的超分辨光谱表面分析技术, 其以纳米级空间分辨率、 宽光谱范围和高化学灵敏性的特点在纳米材料表征研究中展现了巨大的潜力。 定性及定量的研究Nano-FTIR信号高空间分辨的来源和系统中光谱信号的提取过程, 可以为Nano-FTIR仪器的设计研发和样品光谱表征结果的解释提供重要依据。 该研究从典型的仪器结构和基本的工作原理出发, 在多物理场有限元分析软件COMSOL中建立了等效研究模型, 并对模型的重要细节和数值计算过程分别进行了说明。 在仿真研究中, 首先基于麦克斯韦电磁波理论计算了模型空间的电磁场增强情况, 再模拟了探针在介电常数差异巨大的两种材料交界处的“线扫”过程, 探讨了针尖近场增强信号的空间分辨率。 随后, 以探针与样品的散射功率为数值模型的研究对象, 仿真了探针“轻拍”对信号的调制和解调提取的过程, 并讨论了不同入射倾角和解调频率对光谱信号提取的影响。 最后, 为了验证模型的合理性, 仿真了20, 100和300 nm三种厚度SiO2薄膜样品在900～1 250 cm-1波数范围的光谱响应, 并将仿真得到的光谱与实测结果进行了对比。 结果表明随着样品厚度的增厚, 光谱信号得到相应的增强, 模型预测的谱图与实测谱图波形与波峰位置较为一致, 且与以往一些文献中采用针尖-样品间电场强度表示针尖处散射信号强弱的方法相比, 获得的谱图在峰形上更为接近。 提出的数值模型可用于Nano-FTIR光谱的预测, 此外, 模型也具有一定的通用性, 可以为其他基于散射型近场光学显微（s-SNOM）技术的太赫兹光谱技术和针尖增强拉曼光谱研究提供一定的借鉴。
纳米傅里叶红外光谱 散射式扫描探针显微镜 有限元仿真 数值模型 Nano-FTIR s-SNOM COMSOL COMSOL Finite element simulation Numerical model 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1125
1 中国科学院微电子研究所 微电子仪器设备研发中心，北京00029
2 中国科学院大学，北京101407
3 北京交通大学 理学院，北京100044
4 中国科学院电工研究所，北京100080
5 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心，北京100029
基于原子层沉积与聚焦离子束切割抛光相结合的工艺，提出了一种多层膜型波带片制备技术。利用耦合波理论计算出最外环宽为10 nm的Al2O3/HfO2、Al2O3/SiO2、Al2O3/Ir和Al2O3/Ta2O5四种材料组合的多层膜波带片在X射线能量为8 keV和15 keV时的菲涅尔波带片的理论衍射效率，讨论了最外环宽和波带片高度对衍射效率的影响，选择了Al2O3/HfO2为后续叠层制备。研究了原子层沉积制备Al2O3和HfO2薄膜的生长特性，验证了原子层沉积技术制备单层膜厚为10 nm叠层结构的可行性，实验结果表明，利用原子层沉积技术制备Al2O3和HfO2薄膜粗糙度可控在1 nm，均匀性优于±1.5%，单叠层厚度误差仅为0.416 nm.同时，利用聚焦离子束切割抛光技术得到了最外环宽为10 nm，高宽比200的高分辨率X射线菲涅尔波带片。
菲涅尔波带片 原子层沉积 聚焦离子束 高分辨率 耦合波理论 Fresnel zone plate Atomic layer deposition Focused ion beam High resolution Coupled wave theory
1 中国科学院微电子研究所健康电子研发中心, 北京 100029
2 中国科学院微电子研究所微电子仪器设备研发中心, 北京 100029
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 北京交通大学, 北京 100044
5 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心, 北京 100029
6 集成电路测试技术北京市重点实验室, 北京 100088
提出一种对化学气相沉积法生长石墨烯缺陷的快速检测方法。利用化学气相沉积法制备石墨烯并将其转移到目标基底上,制备出应用于表面等离激元(SPP)成像的石墨烯-金基底。SPP对界面处折射率变化具有高灵敏度,可以实现石墨烯边缘检测,并且石墨烯表面缺陷会引起SPP作用场的变化,利用SPP泄漏辐射效应将界面处SPP作用场变化传输至远场,使用CCD进行快速成像,可实现对转移后石墨烯的快速成像与检测。该方法检测到石墨烯边缘与表面的形貌信息,并且检测到颗粒污染物,避免了传统的检测方法灵敏度低、速度慢、有损检测等弊端,实现了对石墨烯缺陷的快速、无损检测。
表面光学 单晶石墨烯 表面等离激元成像 缺陷检测 快速无损检测 光学学报
2019, 39(11): 1124002
崔绍晖 1,2,3,*符庭钊 1,2,3王欢 1,3夏洋 1,2,3李超波 1,2,3
1 中国科学院 微电子研究所， 北京100029
2 中国科学院大学， 北京100049
3 集成电路测试技术北京市重点实验室， 北京100088
为了实现低成本高灵敏度的表面增强拉曼散射效应，制备了一种基于硅表面纳米结构的表面增强拉曼散射效应(SERS)衬底。首先利用低能反应离子注入的方法对单晶硅进行表面处理，制作高陡值度的墙壁结构。然后采用电子束蒸发的方式在硅片表面蒸镀银膜，高密度的银纳米点阵列出现在侧壁表面，形成大量的热点。实验采用罗丹明6G(R6G)作为探针分子进行表征，发现获得最强拉曼信号的银膜厚度为40 nm，R6G的探测极限能达到10-14 mol/L；同时分析衬底的重复性和稳定性，发现在614 cm-1和1 650 cm-1处的拉曼信号特征峰的相对标准偏差分别达到12.3％和14.3%，保存一个月的衬底测得的拉曼信号强度保持不变。本研究提供了一种操作简单、成本低的制备高灵敏度增强拉曼效应衬底的方法，制备的衬底具有高信号可重复性和高稳定性的优点。
表面增强拉曼散射效应 反应离子注入 银纳米点 电子束蒸发 低成本 surface-enhanced Raman scattering reactive ion implantation Ag nanoparticles electron beam evaporation low cost
透射率参数是评价光学瞄具成像亮度和清晰程度的重要参数，介绍了一种高精度的光学瞄具宽光谱透射率的检测系统。针对检测过程中影响检测精度的因素包括偏振的敏感性、光束偏移、系统的杂散光、探测器的非线性和空间均匀性，结合验证实验和光学模拟软件(tracepro)给出定量的分析以及仪器的合成不确定度。对于探测器非线性误差利用最小二乘法原理予以修正。标定实验表明，可见光波段的透射率测量误差小于0.35%，近红外波段透射率测量误差小于0.65%。
测量 光学瞄具 透射率检测 影响因素分析 最小二乘法 激光与光电子学进展
2014, 51(6): 061201
