大视场X射线微分干涉相衬成像核心器件与系统研究.doc

大视场X射线微分干涉相衬成像核心器件与系统研究相比于其它的X射线相衬成像技术，基于光栅的微分干涉相衬成像是最具有广泛应用潜力的技术。发展具有大视场、低成本的成像系统关键器件是该技术实现广泛应用的前提。目前，在关键器件的制作方面，国际上仍以LIGA技术为主。另一方面，目前国际上毫无例外地用金作吸收光栅。这些原因造成了光栅器件的成本过高，不利于该成像技术的发展及推广。本论文主要致力于X射线微分干涉相衬成像所需的核心器件研制。为制作大面积X射线吸收光栅，本文提出并发展了微铸造工艺，它具有成本低廉、成品率高、工艺简单的特点。我们在吸收光栅设计的基础上，利用光助电化学刻蚀技术在4和5英寸的n型（100）硅片上制作阵列结构，再通过表面改性技术，使用改进的热干氧氧化法，在高深宽比硅基侧壁表面均匀覆盖一层氧化层，使其与填充金属形成良好的浸润性，便于熔化后的金属在表面张力的作用下顺利进入该结构。鉴于铋具有高的X射线质量吸收系数，又具有低成本及环境友好的特点，我们首次提出并采用铋代替金作为X射线吸收光栅的填充材料。所制作的吸收光栅具有金属填充度高、表面无残留等特点。接着，本论文还改进了相位光栅的制作结构，在5英寸硅片上制作了面形好、无条带倒伏的相位光栅。利用真空蒸镀工艺，在5英寸的硅片上制作了具有较高分辨率的CsI(Tl)“针柱”状X射线转换屏。另外，本论文针对已初步制作的具有分析光栅功能的X射线转换屏亮度不高的问题，从两方面进行了改进。其一是填充方式，将原来的横向填充改为纵向填充方式，同时在填充时加入了其它辅助因素以提高荧光材料CsI(Tl)填充度；其二是在结构允许的情况下，增加了刻蚀结构的占空比，相应也提高了填充度，使亮度提高了10%以上。最后，在成功研制器件的基础上，搭建了一套低成本的X射线相衬成像系统，并利用两步相移方法获取了一些样品的相衬图像。实验证明，所构建的器件可满足基于光栅的微分干涉相衬成像的要求。