当LIGA技术与光栅法X射线相衬成像相遇

2019-08-20 14:45:15

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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。该技术被认为是富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：

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。

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。

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。

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

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：

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：

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