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当LIGA技术与光栅法X射线 相衬成像相遇

2019-08-20 14:45:15 北京众星联恒科技有限公司 已读

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LIGA 是德文制版术Lithographie,电铸成形Galvanoformung 和注塑Abformung 的缩写。自20世纪80年代德国卡尔斯鲁厄原子核研究所为制造微喷嘴创立LIGA技术以来,对其感兴趣的国家日益增多,德、日、美相继投人巨资进行开发研究。该技术被认为是最有前途的三维微细加工方法,具有广阔的应用前景。


与传统微细加工方法相比,用LIGA技术进行超微细加工有如下特点: 

1

可制造有较大深宽比的微结构。

2

取材广泛,可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等。

3

可制作任意复杂图形结构,精度高。

4

 可重复复制,符合工业上大批量生产要求,成本低。

LIGA的基本工艺流程如下:

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x射线掩模制作(Mask):首先用电子束或激光对薄光刻胶进行第一次曝光,制成初级掩膜,然后经过显影、电镀等工艺步骤制成初级微结构掩膜板(此掩膜板本质上已经是一个高度较低的微结构)。对于高深宽比微结构,需要进一步制备额外的高深宽比掩膜板。


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x射线光刻(Lithographie):借助上述的初级微结构掩膜板,在厚光刻胶上用X射线进行曝光,然后经过显影、电镀等工艺步骤制成中级微结构掩膜板。由于同步辐射设备KARA(原ANKA)提供的平行x射线束,可确保高纵横比和光滑的侧壁

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电镀(Galvanoformung):将上述步骤获得的光刻胶模具置于金属电镀液中进行电镀,即可实现高纵横比、高精度结构的金属零件。

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聚合物成型(Abformung):为了复制聚合物基板上的精密结构,可以使用上述工艺制作注塑和热压花用的模镶件。这允许实现精确复制的微聚合物结构。

因此LIGA工艺制造的微结构聚合物和金属零件在x射线光学领域有着广泛的应用,包括在在科研机构和工业领域,尤其在光栅法X相衬成像领域有广泛应用。 

X射线相位衬度成像

X射线相位衬度成像和传统的X射线吸收成像相比,X射线相位衬度成像能够为轻元素样品提供高得多的衬度,特别适合用于对软组织和轻元素构成的样品进行成像。


目前,主要的5类相衬成像方式中,大部分对光源的相干性要求极高,只能在同步辐射光源或者借助微焦点X射线源实现。而光栅法相衬成像,经过十多年的发展,已经成为在实验室实施相衬成像实验的主流技术路线。


但是,高深宽比和大视场光栅的制作一直是困扰研究人员的一个痛点,LIGA技术的出现及成熟,使得制作此类的光栅的制作变得更加的容易、可靠及更好的控制成本。

此实验方法的布局及结果如下:


1.  日本東北大学-百生研究室

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G1 相位光栅

周期4.37μm,Ni

G2吸收光栅

周期2.4μm,Au

能量

25Kev

光源

微聚焦X射线源

管电压

40KV

管电流

120μA

昆虫标本成像结果:

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上文中提到德国卡尔斯鲁厄是LIGA技术的发源地,科学研究是为了窥探世界的本质及发展规律,新技术的诞生最终是为了改善人类的生活状态。德国Microworks 公司成立于 2007年, 是卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)微技术研究所 (IMT) 衍生的子公司。通过使用X 射线和激光LIGA技术,能为广大科研用户提供高度定制化的透射光栅和微结构方案,在光栅法相衬成像领域,具有很好的口碑。

典型产品如下:

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 展示Microworks如何制作X射线光学元件

 

典型规格范例

设计能量

强度光栅

(周期/高度)

Pi相位光栅

(周期/高度)

8keV设计能量

2.4μm/30μm

4.65μ/2.8μm

25keV设计能量

2.4μm/50μm

4.39μm/8.8μm

40keV设计能量

2.4μm/80μm

4.2μm/14.1μm

100keV设计能量

(定制化需求)

4.8μm/220μm

6.3μm/35.3μm

更多定制化需求,请咨询。

成功案例:


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   (大面积光栅,最大尺寸80mm*400mm)                      (2000线自支撑光栅)


其他:


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18年使用Microworks光栅发表文章:


Rodgers, Griffin, et al. "Double Grating Interferometry in a Commercial Micro Computed Tomography System for Biomedical Imaging." Microscopy and Microanalysis 24.S2 (2018): 388-389

Hellbach, Katharina, et al. "Depiction of pneumothoraces in a large animal model using x-ray dark-field radiography." Scientific reports 8.1 (2018): 2602.

Xu, Jingzhu, et al. "Two-dimensional single grating phase contrast system." Medical Imaging 2018: Physics of Medical Imaging. Vol. 10573. International Society for Optics and Photonics, 2018.

Dittmann, Jonas, Andreas Balles, and Simon Zabler. "Optimization based evaluation of grating interferometric phase stepping series and analysis of mechanical setup instabilities." Journal of Imaging 4.6 (2018): 77.

Willer, Konstantin, et al. "X-ray dark-field imaging of the human lung—A feasibility study on a deceased body." PloS one 13.9 (2018): e0204565.

Seifert, Maria, et al. "Improved Reconstruction Technique for Moiré Imaging Using an X-Ray Phase-Contrast Talbot–Lau Interferometer." Journal of Imaging 4.5 (2018): 62.

Zdora, Marie-Christine, et al. "At-wavelength optics characterisation via X-ray speckle-and grating-based unified modulated pattern analysis." Optics express 26.4 (2018): 4989-5004.

Lee, Seho, et al. "System Design and Evaluation of a Compact and High Energy X-ray Talbot-Lau Grating Interferometer for Industrial Applications." Journal of the Korean Physical Society 73.12 (2018): 1827-1833.




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