光学学报
2023, 43(22): 2234001
光学学报
2023, 43(11): 1134001
光学学报
2022, 42(22): 2234001
光学 精密工程
2022, 30(18): 2232
1 中国科学院 电工研究所，北京0090
2 中国科学院大学，北京100049
曝光工艺中经离心涂敷后抗蚀剂胶层的均匀性对曝光线宽有很大的影响。为了得到高速旋转下抗蚀剂胶体在凹面衬底上所形成膜层厚度的均匀性，在凹面衬底上建立了非牛顿流体微元经离心旋转的流体动力学模型。根据对应的边界条件、非牛顿流体的本构方程和连续性方程，推导并得到了流体性质、曲面面形、旋转速度和时间等因素与最终厚度的关系式。使用流变仪对950 K PMMA C 2%抗蚀剂的流体性质进行标定，在凹面衬底上以旋转速度为单一变量进行离心涂胶实验，使用光谱椭圆偏振仪测量离心后随矢量半径变化的胶体厚度，并与理论推导进行对比。实验结果表明：旋转速度在2 000 r/min时，理论厚度为267 nm，实验所测厚度为230 nm，偏差比率为13.86%；旋转速度在3 000 r/min时，理论厚度为178 nm，实验所测厚度为172 nm，偏差比率为3.37%。考虑到涂胶后，前烘工艺会进一步减小胶层厚度，偏差在正常范围内。本文建立的数学模型具有较好的预见性，可以对胶体经旋转离心后的均匀性提供理论指导。
电子束曝光 离心涂胶 非牛顿流体 胶层厚度 曲面 electron beam lithography spin-coating non-Newtonian fluid layer thickness curved surfaces
1 中国科学院电工研究所, 北京 100190
3 北京航天易联科技发展有限公司, 北京 100176
可调谐半导体激光光谱技术(TDLAS)是近年来发展十分迅速的光谱检测技术, 相较于其他光谱检测技术, 它具有高灵敏度、 高分辨率、 实时监测、 便携性好、 小型化等优点, 在工业环保、 医疗检测、 气象监测等领域得到了广泛的应用。 TDLAS波长调制法中谐波信号易受气压影响, 经研究发现气压的影响是调制深度对谐波信号的影响, 基于TDLAS技术谐波法的原理, 研究了各次谐波与调制深度的关系, 通过计算四次谐波与二次谐波中心幅值比, 利用调制深度函数推算当前气压环境的调制深度, 调整调制频率幅度, 使得调制深度接近各次谐波最佳调制深度值, 使谐波信号信噪比最佳, 提高检测精度。 实验通过国瑞智GRZ5031湿度发生器产生固定为1 000 ppm的水汽, 调节气阀控制密封箱内不同的气压环境, 采用TDLAS水汽检测系统获得了10.2~177.9 kPa气压条件下的二次谐波和四次谐波信号, 并进行了仿真与实验分析。 仿真结果显示: 四次谐波与二次谐波中心幅值比的理论值和仿真值最大相对误差为-1.44%, 调制深度的理论值与仿真值最大相对误差为1.78%, 说明了仿真下的调制深度函数曲线与理论一致。 实验结果显示: 根据调制深度函数推算调制深度值, 当m=2.226 7时, 实测的二次谐波中心频率幅值达到最大值, 当m=4.061 0时, 实测的四次谐波中心频率幅值达到最大值, 与理论结果一致; 在30.2 kPa<p<177.9 kPa时, 调制深度与气压乘积mp值相对误差较小, 最大相对误差不超过±3.2%, 说明了此气压条件下的mp值波动不大, 通过调制深度函数推算的调制深度值与实际值近似, 验证了调制深度函数理论的准确性。
气压 调制深度 高次谐波 TDLAS Pressure Modulation depth High harmonic TDLAS 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3676
MgB2作为迄今为止超导转变温度最高的合金超导体, 由于其具有结构简单、 相干长度长、 晶界间不存在弱连接、 上临界场很高、 电-声散射时间短等特点, MgB2超导薄膜在电子学领域有着广阔的的应用前景。 拉曼光谱是研究电-声子相互作用和超导能带的一种有效方法, 且已广泛用于分析MgB2材料的电子、 声子特征以及超导体能带结构, 研究表明, 样品质量、 晶粒尺寸以及测试条件对MgB2拉曼峰的峰位和峰形影响很大, 其中拉曼光谱随温度的变化也是一个研究重点, 但目前关于MgB2变温拉曼光谱的研究, 测试的温度范围相对较小, 局限在83 K到室温区域或是转变温度附近。 研究了大范围温度区间内MgB2薄膜的拉曼光谱变化, 采用混合物理化学沉积法在(0001)SiC衬底上制备了MgB2多晶薄膜, 薄膜的晶粒尺寸约为300 nm, 超导转变温度为39.3 K, 对其在10~293 K之间的拉曼光谱进行了测试, 测量的波数范围为20~1 200 cm-1。 变温拉曼光谱的测试结果显示, 在高频620 cm-1附近以及低频80和110 cm-1附近存在MgB2的拉曼峰。 经分析, 低频区域出现的两个拉曼峰的频率与超导能隙宽度相对应, 表明MgB2的双能隙特性。 考虑到MgB2中四种声子模式的拉曼活性, 高频620 cm-1附近的拉曼峰应是由E2g振动模所贡献的, 且随着测试温度的降低, 该拉曼峰的峰位未发生明显的偏移, 但半高宽显著变小, 从293 K时的380.7 cm-1减小到10 K时的155 .7 cm-1, 分析表明E2g声子与电子系统的非线性耦合所引起的非简谐效应可能是拉曼峰半高宽线性变小的主要原因。
薄膜 变温 拉曼光谱 MgB2 Film Different temperature Raman spectra MgB2 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3451
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 imaging systems Fresnel zone plate resolution diffraction efficiency rigorous coupled wave hard X-ray 光学学报
2021, 41(11): 1111002
1 中国科学院电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京航天易联科技发展有限公司, 北京 100176
可调谐半导体激光光谱技术（TDLAS）是光谱检测技术的一个分支, 具有高灵敏度、 高分辨率、 实时监测、 便携性好、 小型化等优点, 在工业环保、 医疗检测、 气象监测等领域得到了广泛应用。 TDLAS气体传感器的测量精度与标定曲线密切相关, 标定时, 常用最小二乘法对标定曲线进行多项式拟合, 但最小二乘法是以绝对误差的最小平方和作为评价标准, 无法对相对误差进行约束, 在低浓度量程下TDLAS气体传感器的标定曲线相对误差偏大, 限制了标定量程。 推导了光强透射率对数与气体浓度关系式作为目标函数, 提出了基于相对误差意义下的最小二乘法, 迭代方法采用高斯-牛顿迭代法（Gauss-Newton iteration method）, 实验以雅士林DHS-100恒温恒湿箱来产生大量程范围的水汽标定浓度, Vaisala HMT337在线湿度检测仪的测量值作为标定浓度, 自主研发的TDLAS湿度传感器选择波数为7 306.752 1 cm-1的水汽吸收峰, 气室的光路长为50 mm, 对1%~50%VOL的水汽浓度进行了拟合标定, 对比了最小二乘法与相对误差最小二乘法的标定拟合结果。 实验结果表明: 采用最小二乘法拟合时, 在低浓度量程下会出现较大的相对误差, 高浓度量程下相对误差逐渐减小, 无法保证整个大量程下测量精度要求; 采用相对误差最小二乘法拟合时, 在整个大量程范围下的相对误差波动比较小, 相对误差分布曲线比较平稳, 最大相对误差和相对误差标准差都远小于最小二乘法的拟合结果; 以Ratio-C关系式作为目标函数, 采用相对误差最小二乘法进行拟合标定时, 最大相对误差为0.049 4, 相对误差标准差为0.023 7, 远优于最小二乘法的拟合结果, 符合TDLAS传感器测量精度要求, 验证了相对误差最小二乘法的标定算法可靠性, 提高了TDLAS气体传感器的测量精度。
最小二乘法 相对误差 标定 TDLAS TDLAS Least squares method Relative error Calibration 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1580
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 
