СТРУКТУРИРОВАННЫЙ РЕШЕТОЧНЫЙ КОМПОНЕНТ, СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК G02B5/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу изготовления структурированной решетки и соответствующего структурированного решеточного компонента. Изобретение относится, в частности, к области темнопольной или фазово-контрастной рентгеновской визуализации в медицинских целях, при этом применение, разумеется, не ограничено этими областями, и настоящее изобретение может быть применено, например, для неразрушающего контроля (NDT, от англ. non-destructive testing).

Уровень техники

Известно, что для темнопольной рентгеновской визуализации или фазово-контрастной визуализации требуются специальные решеточные компоненты со структурами, содержащими канавки/стенки, шириной несколько мкм и глубиной 200-300 мкм, т.е. с очень высоким аспектным соотношением (отношением глубины к ширине). Коэффициент поглощения рентгеновского излучения изменяется между стенками и канавками так, что интерференционная картина, созданная первым или фазовым решеточным компонентом, может быть проанализирована с помощью второго или анализаторного решеточного компонента.

В патентном документе US 2012/0307966 А1 раскрыто устройство для фазово-контрастной визуализации, включающее в себя решеточные компоненты для рентгеновской темнопольной визуализации или фазово-контрастной визуализации. Решеточные конструкции решетки включают в себя светоделительную решетку и анализаторную решетку.

В патентном документе US 2018/0187294 А1 раскрыт способ изготовления материала, отлитого под давлением, который может образовывать металлостеклянный материал в состоянии пониженной вязкости, и может производить малую структуру в несколько 10 пм или меньше за сравнительно короткое время, при этом точно контролируя ее форму посредством процесса, содержащего этап нагревания металлостеклянного материала в переохлажденном состоянии или твердого металлостеклянного материала со скоростью увеличения температуры 0,5 К/с до температуры, равной или превышающей температуру, при которой начинается процесс кристаллизации переохлажденной жидкости металлостеклянного материала, и этап литья под давлением металлостеклянного материала до завершения процесса кристаллизации для переохлажденной жидкости металлостеклянного материала.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления структурированной решетки и такой структурированный решеточный компонент, которые особенно подходят для темнопольной рентгеновской визуализации или фазово-контрастной визуализации, и которые обеспечивают более доступное изготовление решетки.

В соответствии с первым аспектом предложен способ изготовления структурированной решетки, включающий в себя следующие этапы, на которых:

- обеспечивают катализатор на подложке, причем катализатор имеет решеточный рисунок (паттерн),

- выращивают наноструктуры на катализаторе для формирования стенок и канавок на основе решеточного рисунка, и

- заполняют канавки между стенками наноструктур с использованием материала, поглощающего рентгеновское излучение.

Так как наноструктуры выращивают в соответствии с решеточным рисунком (паттерном), они образуют стенки с коэффициентом поглощения рентгеновского излучения, соответствующим коэффициенту поглощения рентгеновского излучения наноструктур. Кроме того, так как канавки между стенками заполнены с использованием материала, поглощающего рентгеновское излучение, т.е. материала по меньшей мере с более высоким коэффициентом поглощения рентгеновского излучения, чем у материала наноструктуры, можно получить решеточный компонент, подходящий, например, для темнопольной рентгеновской визуализации. Способ в соответствии с данным аспектом позволяет получить, таким образом, структурированную решетку с выгодными свойствами при сведении сложности способа к минимуму.

Подложка, в частности, представляет собой проводящую подложку, причем подложка может быть жесткой подложкой, такой как проводящий кремний, с металлизированным основанием, содержащим, например, медь (Cu), никель (Ni), золото (Au). Альтернативно или дополнительно подложка может содержать проводящую фольгу, в том числе никелевую фольгу и/или медную фольгу, при этом подложкаопционально может содержать изолятор под проводящей фольгой.

Катализатор предпочтительно представлен в виде подслоя сверху подложки, причем катализатор предназначен для процесса выращивания наноструктур. Предпочтительно наноструктуры выращивают на катализаторе. Другими словами, наноструктуры не будут расти на участках подложки, на которых катализатор не предусмотрен.

Предпочтительно, наноструктуры выращивают перпендикулярно к поверхности подложки, в то же время предусмотрена возможность выращивания наноструктур под определенным углом. В частности, наклонные наноструктуры можно выращивать, например, с помощью катализатора, имеющего наклонную форму по отношению к подложке, или другими способами.

Решеточный рисунок (паттерн) предпочтительно содержит продольные решеточные элементы, которые являются по меньшей мере протяженными и/или параллельными. Подразумевается, что решеточный рисунок охватывает все представления о решетке для специалиста, причем весь катализатор и подложка, а также только подструктуры катализатора и подложки, могут быть выполнены в виде решеточного рисунка.

В предпочтительном варианте осуществления, наноструктуры выращивают с использованием материала, имеющего более низкий коэффициент поглощения рентгеновского излучения, чем материал, поглощающий рентгеновское излучение, в частности, демонстрирующего коэффициент поглощения рентгеновского излучения по меньшей мере в два раза ниже, чем коэффициент поглощения рентгеновского излучения материала, поглощающего рентгеновское излучения.

Предпочтительно, разница в коэффициентах поглощения рентгеновского излучения позволяет генерировать интерференционную картину, подходящую, например, для фазовых решеток в темнопольной или фазово-контрастной визуализации, а также генерировать изменения интенсивности, например, связанные с так называемыми анализаторными решетками в данных применениях. Термин "коэффициент поглощения рентгеновского излучения" имеет значение, обычно применяемое в данной области. В частности, при сравнении коэффициентов поглощения рентгеновского излучения предпочтительно сравнивают коэффициенты поглощения рентгеновского излучения определенной энергии или длины волны. Более предпочтительно, сравнивают коэффициенты поглощения рентгеновского излучения всех энергий или длин волн, которые будут использоваться для структурированной решетки. Соответственно, наиболее предпочтительно, чтобы наноструктуры имели значительно более низкий коэффициент поглощения рентгеновского излучения, чем материал, поглощающий рентгеновское излучение, во всем диапазоне энергий, для которого предназначена структурированная решетка.

В предпочтительном варианте осуществления наноструктуры содержат углеродные нанотрубки (УНТ) или состоят из них. УНТ особенно подходят в качестве наноструктур согласно изобретению благодаря своим свойствам, в частности, в отношении коэффициента поглощения рентгеновского излучения. Кроме того, УНТ можно выращивать с высоким аспектным соотношением с высокой стабильностью. В соответствии с данным вариантом осуществления подразумеваются все виды УНТ, включая одностенные УНТ, двустенные УНТ и их комбинации. Предпочтительно, чтобы УНТ были вертикальными УНТ.

В предпочтительном варианте осуществления способ также включает в себя этап нанесения пассивирующего слоя перед заполнением канавок с использованием материала, поглощающего рентгеновское излучение. Пассивирующий слой предпочтительно содействует этапу заполнения канавок материалом, поглощающим рентгеновское излучение, и поэтому предпочтительно по существу полностью покрывает стенки наноструктур. В частности, для этапа заполнения канавок материалом, поглощающим рентгеновское излучение, посредством, например, электролитического осаждения, пассивирующий слой необходим в качестве изолирующего материала, позволяющего осуществлять электролитическое осаждение только снизу вверх канавок, а не с боковых сторон, т.е. стенок. В противном случае полное заполнение без пустот может оказаться невозможным.

В предпочтительном варианте осуществления УНТ вместе с нанесенным пассивирующим слоем называются наноструктурами.

В предпочтительном варианте осуществления нанесение пассивирующего слоя включает в себя этап химического осаждения из газовой фазы, в частности, атомно-слоевое осаждение (ALD).

Химическое осаждение из газовой фазы и, в частности, ALD являются хорошо известными способами осаждения тонких слоев материала на подложки. Преимущественно, достигается по существу однородная толщина, покрывающая все стенки наноструктур, соответственно. Благодаря применяемому способу нанесение пассивирующего слоя можно точно контролировать, чтобы, в частности, останавливаться на заданной глубине внутри канавок так, чтобы пассивирующий слой не покрывал подложку, которая предпочтительно является проводящей, и, таким образом, подложка бы не изолировалась из-за наносимого на нее пассивирующего слоя. В некоторых вариантах осуществления проводимость может быть существенной для этапа заполнения канавок материалом, поглощающим рентгеновское излучение, например, для способов, включающих в себя электролитическое осаждение. Кроме того, можно точно контролировать проникновение, чтобы остановить его при определенной толщине пассивирующего слоя.

В предпочтительном варианте осуществления пассивирующий слой наносят до заданного расстояния от подложки, в частности, до расстояния менее 2 мкм. Таким образом, можно сохранять возможность электрического соединения подложки, надежно защищая наноструктуры от восстановления или окисления.

Предпочтительно, что пассивирующий материал, используемый в пассивирующем слое, включает в себя по меньшей мере одно из оксида алюминия (Al2O3), диоксида титана (TiO2) и диоксида кремния (SiO2).

В предпочтительном варианте осуществления этап заполнения канавок включает в себя этап электролитического осаждения.

Использование процесса электролитического осаждения для заполнения канавок дает преимущество надежного и полного, т.е. без пустот, заполнения канавок материалом, поглощающим рентгеновское излучение. Так как подложка является проводящей, ее можно использовать как один электрод для процесса электролитического осаждения. Предпочтительно, материал, поглощающий рентгеновское излучение, используемый для электролитического осаждения, включает в себя по меньшей мере один металл, поглощающий рентгеновское излучение, более предпочтительно по меньшей мере один из золота (Au), свинца (Pb) и висмута (Bi), при этом также можно использовать и другие элементы, сплавы или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления высоту заполнения материала, поглощающего рентгеновское излучение, в канавках можно задать, отрегулировав время теории, вполне может быть, что решетки не полностью заполнены, а заполнены только до определенного уровня, который ниже, чем структуры УНТ.

В предпочтительном варианте осуществления этап заполнения канавок включает в себя этап механического заполнения, в частности, с использованием механического напряжения, высокой температуры и пониженного давления.

Так как в этом способе заполнения не используют электролитическое осаждение, то пассивирующий слой предусматривать необязательно, что позволяет уменьшить количество этапов и сложность способа изготовления в целом. Сравнимый способ механического заполнения канавок раскрыт, например, в работе Lei, Yaohu, et al. "Improvement of filling bismuth for X-ray absorption gratings through the enhancement of wettability." Journal of Micromechanics and Microengineering 26.6 (2016): 065011 (Лей, Яоху и др. "Улучшение заполнения висмутом для рентгеновских поглощающих решеток за счет улучшения смачиваемости". Журнал микромеханики и микроинженерии, 26.6 (2016): 065011).

Далее, в данном варианте осуществления дополнительно может быть выгодным образом использован этап пассивации, включающий в себя ALD. Вместо изоляции или пассивации, в этом варианте осуществления для наноструктур, например структур УНТ, будет иметь особое значение смачиваемость, при этом этап пассивации может привести к улучшению смачиваемости.

В предпочтительном варианте осуществления этап заполнения канавок включает в себя этапы, на которых:

- заполняют канавки металлическим порошком, заключенным в связующем веществе,

- обжигают связующее вещество для получения твердого наполнителя канавок.

Для получения высокой плотности и, в частности, степени заполнения металла в конечном продукте в канавках, металлический порошок является предпочтительно тонким, например, менее 25 микрон в среднем по диаметру. Предпочтительно, чтобы средний размер частиц порошка был еще меньше, например, меньше 5 микрон. Таким образом, может быть достигнут высокий коэффициент эффективности упаковки в канавках.

В предпочтительном варианте осуществления этап заполнения канавок включает в себя этап печати решеточных структур с использованием выращенных наноструктур.

Альтернативный способ в соответствии с данным вариантом осуществления печати решеточных структур может быть выгодным образом использован в зависимости от механических свойств материальной системы. Похожая концепция, однако, с другим подходом описана, например, в работе Yashiro, Wataru, et al. "A metallic glass grating for x-ray grating interferometers fabricated by imprinting." Applied Physics Express 7.3 (2014): 032501 (Ясиро, Ватару и др. "Металлостеклянная решетка для интерферометров с рентгеновской решеткой, изготовленных способом печати". Прикладная физика экспресс 7.3 (2014): 032501).

В предпочтительном варианте осуществления аспектное соотношение определено как отношение высоты стенок к толщине стенок, при этом этап выращивания наноструктур выполняют до тех пор, пока аспектное соотношение не станет по меньшей мере 5, в частности по меньшей мере 10 и предпочтительно по меньшей мере 15.

Высота стенок задает протяжение стенок в направлении, по существу перпендикулярном к поверхности подложки. Далее, толщина стенок задана как протяжение в направлении, по существу перпендикулярном продольному протяжению стенок. Предпочтительно, чтобы длина и толщина стенки проходили в плоскости, по существу параллельной поверхности подложки, при этом высота по существу перпендикулярна этой плоскости. Все стенки наноструктур могут быть одинаковыми по высоте и/или толщине, либо разные стенки могут иметь разные высоты и/или толщины, соответственно. В других вариантах осуществления также могут быть выгодны различные коэффициенты заполнения по всей решетке. В случае разных высот и/или толщин аспектное соотношение сторон в соответствии с этим вариантом осуществления понимается как наименьшее аспектное соотношение, т.е. имеющее наибольшую толщину и наименьшую высоту.

В предпочтительном варианте осуществления толщина стенок и толщина канавок приблизительно равны. Таким образом, можно гарантировать, что разница в толщине стенок и канавок будет значительной, что может привести, например, к увеличению шума интерференционной картины или снижению поглощения рентгеновского излучения.

В контексте данного применения термин "приблизительно" относится к диапазону плюс-минус 30% приближенного значения. Соответственно, толщина стенок и толщина канавок могут быть равными или одно из двух значений может быть больше/меньше на 30% от соответствующей другой толщины. Предпочтительно, чтобы толщина стенок и канавок была примерно одинаковой по всей решеточной структуре. Разница в толщине стенок и/или канавок предпочтительно меньше 10%, более предпочтительно меньше 5%, от средней толщины, соответственно.

В предпочтительном варианте осуществления подложка имеет поверхность площадью не менее 100 см², предпочтительно по меньшей мере 43 см на 43 см.

Так как процесс выращивания наноструктур, в частности процесс выращивания УНТ, позволяет создавать структуры, содержащие стенки/канавки на большой площади, то способ в соответствии с этим вариантом осуществления может позволить изготовить решетку, покрывающую все поле детектора, т.е. 43 см на 43 см, за один технологический этап. Соответственно, качество визуализации будет улучшено, так как на стыках между граничащими решетками не возникает артефактов и тому подобного, если потребуется множество решеток. Кроме того, могут быть снижены производственные затраты, так как на одном производственном этапе требуется только один компонент.

В предпочтительном варианте осуществления подложка снабжена плиточной структурой, позволяющей формировать подобласти подложки.

Так как подложка снабжена плиточной структурой, в зависимости от выхода и однородности, образование подобласти может быть выгодно для изгиба и/или фокусировки структурированного решеточного компонента.

В предпочтительном варианте осуществления способ также включает в себя этап изгиба решеточной структуры таким образом, чтобы адаптировать ее к конусному лучу источника рентгеновского излучения, т.е. к геометрии установки.

В предпочтительном варианте осуществления, этап изгиба решеточной структуры выполняют с помощью механической рамной установки.

При использовании, в частности, в системах для темнопольной рентгеновской визуализации/фазово-контрастной визуализации структурированная решетка обычно устанавливается перед детектором, причем расстояние между источником рентгеновского излучения и детектором превышает 2 метра. Таким образом, требуется фокусировка поверхности решетки в направлении точки фокального пятна источника рентгеновского излучения. Предпочтительно, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, полностью обработанную структуру, которая уже заполнена материалом, поглощающим рентгеновское излучение, внутри канавок, изгибают, чтобы получить сфокусированную геометрию. Этот технологический поток можно также назвать технологическим потоком с "фокусировкой в конце". Разумеется, следует учитывать, что также подразумеваются и другие технологические потоки, т.е. те, в которых фокусировка происходит перед заполнением канавок или с другими последовательностями этапов.

В предпочтительном варианте осуществления этап обеспечения катализатора на подложке включает в себя этапы, на которых:

- обеспечивают подложку, причем подложка имеет по меньшей мере проводящую поверхность,

- осаждают катализатор на подложку,

- создают решеточный рисунок на катализаторе с помощью литографии и травления.

В соответствии с этим вариантом осуществления геометрическая подготовка катализатора на подложке описывается более подробно. После осаждения подслоя или катализатора с использованием литографии и технологий травления, хорошо известных в области техники, с помощью доступных технологий получают геометрический решеточный рисунок.

Согласно следующему аспекту предложен структурированный решеточный компонент. Структурированный решеточный компонент содержит:

- подложку,

- катализатор на подложке, причем катализатор имеет решеточный рисунок,

- наноструктуры на подложке, образующие стенки и канавки на основе решеточного рисунка, и

- материал, поглощающий рентгеновское излучение, заполняющий канавки между стенками наноструктур,

причем наноструктуры включают в себя углеродные нанотрубки (УНТ).

Структурированный решеточный компонент в соответствии с данным аспектом особенно подходит для темнопольной визуализации или связанных с ней процессов, не ограничиваясь этим применением. Благодаря предусмотренным наноструктурам, образующим стенки и канавки между ними, которые заполнены материалами, поглощающими рентгеновское излучение, обеспечивается эффективная структурированная решетка с простой структурой. Так как наноструктуры, например УНТ, обеспечивают возможность изготовления на подложке большой площади, структурированный решеточный компонент в соответствии с этим аспектом может иметь большую поверхность, например, включать в себя полнопольную решетку, подходящую для систем рентгеновской визуализации. Основной проблемой, решаемой структурированным решеточным компонентом, в соответствии с этим аспектом, является большая площадь, но очень тонкое структурирование решетки с очень высоким аспектным соотношением канавки/геометрии, которая решается с помощью выращиваемых наноструктур, включающих в себя УНТ.

Структурированный решеточный компонент в соответствии с этим аспектом может использоваться как фазовая решетка, так и анализаторная решетка. Предпочтительно, структурированный решеточный компонент используется в качестве анализаторной решетки, что, помимо прочего, выгодным образом приводит к анализу с пониженным уровнем шума.

В предпочтительном варианте осуществления структурированный решеточный компонент дополнительно содержит:

- пассивирующий слой, расположенный между материалом, поглощающим рентгеновское излучение, и наноструктурами.

В предпочтительном варианте осуществления пассивирующий слой содержит по меньшей мере одно из Al2O3, TiO2 и SiO2.

В предпочтительном варианте осуществления подложка находится в непосредственном контакте с материалом, поглощающим рентгеновское излучение.

Таким образом, подложка, которая является предпочтительно проводящей, чтобы обеспечить возможность проведения процесса электролитического осаждения для заполнения канавок материалом, поглощающим рентгеновское излучение, остается проводящей, хотя на нее наносится пассивирующий слой, защищающий наноструктуры. Предпочтительно, пассивирующий слой входит в канавки и покрывает все стенки и поверхности наноструктур, при этом сохраняется заданное расстояние, например менее 2 мкм, на котором пассивирующее покрытие останавливается, прежде чем покрыть подложку основания. Точное управление пассивирующим слоем может быть достигнуто, например, за счет применения технологии ALD.

В предпочтительном варианте осуществления наноструктуры содержат опорные элементы, соединяющие две соседние стенки канавки. Опорные структуры улучшают механическую стабильность структурированного решеточного компонента.

В предпочтительном варианте осуществления опорные элементы предусмотрены в различных позициях в продольном направлении на двух противоположных сторонах стенки, соответственно. Таким образом, механическая устойчивость структурированного решеточного элемента может быть еще больше повышена. В то же время, в случае, если структурированные решетки представляют собой фазовые решетки, интерференционные картины в направлении, перпендикулярном протяжению стенок решеточного рисунка, могут быть уменьшены. Аналогичным образом, если структурированная решетка является анализаторной решеткой, то может быть уменьшен фоновый шум, создаваемый опорными элементами. Наконец, для двух опорных элементов, соединяющих одни и те же стенки, соответственно, предпочтительнее иметь значительно большее расстояние, например, более чем в 4 раза, предпочтительно более чем в 10 раз, в направлении стенок, чем расстояние между двумя соседними стенками.

В предпочтительном варианте осуществления подложка содержит по меньшей мере одно из жесткой подложки, включающей в себя проводящий кремний, и проводящей фольги, включающей в себя никелевую фольгу и медную фольгу.

В предпочтительном варианте осуществления, если подложка включает в себя жесткую подложку, подложка содержит металлизированное основание, причем металлизированное основание, в частности, содержит по меньшей мере один из элементов Cu, Ni, Au.

В предпочтительном варианте осуществления подложка содержит по меньшей мере один из элементов Cu, Ni и Au.

В предпочтительном варианте осуществления материал, поглощающий рентгеновское излучение, содержит по меньшей мере один из элементов Au, Pb и Bi.

В следующем аспекте предложена система визуализации, в частности рентгеновская фазово-контрастная или темнопольная система визуализации. Система визуализации содержит структурированный решеточный компонент в соответствии с одним аспектом изобретения.

Следует понимать, что способ по п. 1, структурированный решеточный компонент по п. 10 и система визуализации по п. 15 имеют схожие и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, в частности, как определено в зависимых пунктах формулы.

Следует понимать, что предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения может быть также любая комбинация зависимых пунктов формулы или вышеуказанных вариантов осуществления с соответствующим независимым пунктом формулы.

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидны и будут разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1A-1F схематично и в качестве примера показаны этапы способа в соответствии с изобретением,

На фиг. 2 схематично и в качестве примера показан вид сверху незаполненного структурированного решеточного компонента, и

На фиг. 3 схематично и в качестве примера показан вид в аксонометрии поперечного разреза через структурированную решетку.

Осуществление изобретения

На фиг. 1А-1F схематично и в качестве примера показаны различные этапы способа изготовления структурированной решетки в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фиг. 1А, на этапе 110 на поверхность подложки 20 наносят катализатор 30. Подложка 20 может представлять собой жесткую подложку, такую как проводящий кремний с металлизированным основанием, содержащим, например, Cu, Ni, Au, причем катализатор 30 образует подслой для процесса выращивания наноструктур 50, описанных ниже, например углеродных нанотрубок (УНТ). Подложка 20 также может представлять собой или содержать проводящую фольгу, в том числе никелевую фольгу, медную фольгу и т.п.

На фиг. 1В применяют литографический этап 120 нанесения фотошаблона 40, имеющего решеточную структуру, т.е. содержащего геометрическую структуру, которая должна быть нарисована на катализаторе 30.

На этапе 130 травления, который схематично и в качестве примера показан на фиг. 1С, полученную конструкцию облучают светом таким образом, чтобы все части катализатора 30, не покрытые фотошаблоном 40, были удалены или вытравлены. Этапы 110-130 могут быть обобщены как геометрическая подготовка катализатора 30 с решеточным рисунком на подложке 20.

На фиг. 1D схематично и в качестве примера показан этап 140 выращивания наноструктур 50 на катализаторе 30. Таким образом, образуются стенки 52 и канавки 54, расположенные между двумя соседними стенками 52. Стенки 52 растут поверх катализатора 30 на основе решеточного рисунка, предусмотренного для этой цели.

Предпочтительно, наноструктуры 50 содержат углеродные нанотрубки (УНТ) или состоят из них. Таким образом, этап 140 выращивания специально адаптирован для выращивания УНТ. УНТ обеспечивают возможность осаждения и выращивания стенок 52 с очень высоким аспектным соотношением, т.е. очень высоким отношением толщины 53 к высоте 55 стенок 52, соответственно. Решеточный рисунок выполнен таким образом, что толщина 53 приблизительно соответствует расстоянию 57 между двумя соседними стенками 52.

На фиг. 1Е схематично и в качестве примера показан опциональный этап 150 подготовки структур к заполнению материалами, поглощающими рентгеновское излучение. В частности, наносят пассивирующий слой 60, в том числе с проникновением наноструктур 50 на боковые поверхности стенок 52 и верхнюю часть стенок 52. Пассивирующий слой 60 наносят, например, с помощью атомно-слоевого осаждения (ALD) или аналогичных технологий. Проникновение точно контролируют, в частности, для остановки на определенной глубине, а пассивирующий слой 60 на боковых поверхностях стенок 52 точно контролируют для остановки на заданном расстоянии от подложки 20, предпочтительно меньше 2 мкм, перед тем, как произойдет покрытие дна канавки 54 и, таким образом, контактирование с подложкой 20. Таким образом, пассивирующий слой 60 не ограничивает электронные свойства и проводимость подложки 20.

На фиг. 1F схематично и в качестве примера показан этап 160 заполнения канавок 54 между стенками 52 наноструктур 50 материалом 70, поглощающим рентгеновское излучение. Множество альтернативных вариантов заполнения канавок 54 на этапе 160 описано ниже.

Пассивирующий материал пассивирующего слоя 60 предпочтительно содержит по меньшей мере одно из Al2O3, TiO2 и SiO2.

Этап 160 предпочтительно включает в себя этап электролитического осаждения. Электролитическое осаждение позволяет полностью и надежно заполнить канавки 54 материалом 70, поглощающим рентгеновское излучение.

Альтернатива электролитическому осаждению для этапа 160 включает в себя механическое заполнение с помощью механического напряжения, высокой температуры и пониженного давления, как описано в вышеупомянутой статье авторов Лей и др., 2016. Еще один подход включает в себя заполнение канавок на этапе 160 с использованием мелкого порошка металла, например, в связующей матрице, которая может быть подвергнута обжигу в конце, для получения твердого наполнителя канавок 54 материалом 70, поглощающим рентгеновское излучение. Другой альтернативный способ этапа 160 включает в себя использование наноструктур 50 для печати решеточных структур. Этот альтернативный вариант зависит от механических свойств системы материалов. Аналогичная концепция, но с подходом, отличным от этого способа, описана в приведенной выше статье авторов Ясиро и др., 2014.

Материал 70, поглощающий рентгеновское излучение, содержит, например, Au, Pb, Bi или любую их комбинацию или их сплав. В частности, состав материала 70, поглощающего рентгеновское излучение, можно выбрать так, чтобы он обладал наиболее благоприятным для предполагаемого применения коэффициентом поголощения рентгеновского излучения.

Этап 150 строго необходим в том случае, если электролитическое осаждение используется как реализация этапа 160 для заполнения канавок 54. В альтернативных вариантах этапа 160 пассивация с этапа 150 может потребоваться не для всех вариантов осуществления. Для этих способов в нескольких примерах важнее гарантировать смачиваемость наноструктур 50 заполняемым материалом, образующим материал 70, поглощающий рентгеновское излучение, чтобы избежать дефектов заполнения из-за различий в соответствующих свойствах материалов. Поэтому для других способов заполнения на этапе 160, кроме электролитического осаждения, дополнительно или альтернативно на этапе 150 можно использовать осаждение опционального нанослоя на все наноструктуры 50, чтобы улучшить смачиваемость соответствующих наноструктур 50.

После заполнения канавок 54 на этапе 160 изготовление структурированного решеточного компонента 1 завершается.

На фиг. 2 схематично и в качестве примера показан вид сверху структурированного решеточного компонента 1, соответствующего результату способа, описанного со ссылками на фиг. 1А-1F. Видны множество продольных и параллельных стенок 52, проходящих в направлении, показанном в качестве вертикального на фиг. 2, причем в канавках между соответствующими стенками 52 показан материал 70, поглощающий рентгеновское излучение. В соответствующих различных позициях вдоль направления протяжения стенок 52 предусмотрены опорные элементы 58, которые соединяют или связывают соседние стенки 52. Таким образом, повышается механическая устойчивость структурированного решеточного компонента 1.

Толщина стенок и канавок, соответственно, находится в диапазоне от 1 до 10 мкм, предпочтительно в диапазоне от 7 до 9 мкм, при этом отклонение от стандартной или средней толщины предпочтительно составляет менее 10%. Таким образом, толщину стенок и канавок можно считать приблизительно постоянной.

На фиг. 3 схематично и наглядно показан структурированный решеточный компонент 1 в аксонометрии, на виде в поперечном разрезе так, что видно протяжение стенок 52 и канавок 54 в нормальном направлении на подложке 20. Высота 55 стенок 52 больше их соответствующей ширины или толщины, при этом аспектное соотношение больше 5, предпочтительно больше 10 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 15.

Для интегрирования такого структурированного решеточного компонента 1 в рентгеновскую систему визуализации подложка 20 может быть предпочтительно изогнута до заданного радиуса, чтобы фокус соответствовал расстоянию до фокального пятна. Предпочтительно, подложка 20 может быть изогнута после изготовления структурированного решеточного компонента 1 в соответствии со способом, описанным со ссылкой на фиг. 1, при этом изгиб будет поддерживаться стабильными структурами нижнего слоя на границе раздела между подложкой 20 и наноструктурами 40.

Проникновение и этап 160, включающие в себя электролитическое осаждение или любой другой способ заполнения канавок 54 наноструктурами 70, могут стабилизировать механический интерфейс в зависимости от метода оптимизации. Предпочтительно, подложка 20 может быть изогнута с помощью механической рамной установки. В некоторых примерах подложка 20 может быть также выполнена в виде плиточной структуры для формирования подучастков, которые могут быть отдельно использованы для изгиба.

Хотя в соответствии с изобретением, описанным выше, основное внимание уделяется медицинской рентгеновской визуализации, в частности фазово-контрастной визуализации и темнопольной визуализации, возможны другие варианты использования идей изобретения. Помимо медицинской визуализации, применение идей изобретения также может быть выгодно, например, для неразрушающего контроля (NDT).

Другие модификации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области на основе изучения чертежей, описания и приложенных пунктов формулы.

В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а использование терминов в единственном числе не исключает множественности.

Один блок или устройство может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры указаны во взаимно различных зависимых пунктах формулы, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества.

Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем притязаний.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа изготовления структурированной решетки. Способ включает в себя обеспечение катализатора на подложке, причем катализатор имеет решеточный рисунок. На катализаторе выращивают наноструктуры для формирования стенок и канавок на основе решеточного рисунка. Канавки между стенками наноструктур заполняют с использованием материала, поглощающего рентгеновское излучение. Технический результат заключается упрощении способа изготовления решеток для темнопольной рентгеновской визуализации или фазово-контрастной визуализации. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ изготовления структурированной решетки, содержащий шаги, на которых:

- обеспечивают (110, 120, 130) катализатор (30) на подложке (20), причем катализатор (20) имеет решеточный рисунок,

- выращивают (140) наноструктуры (50) на катализаторе (30) для формирования стенок (52) и канавок (54) на основе решеточного рисунка, и

- заполняют (160) канавки (54) между стенками (52) наноструктур (50) с использованием материала (70), поглощающего рентгеновское излучение.

2. Способ по п. 1, в котором наноструктуры (50) выращивают с использованием материала, который имеет более низкий коэффициент поглощения рентгеновского излучения, чем материал (70), поглощающий рентгеновское излучение, в частности, демонстрирующего коэффициент поглощения рентгеновского излучения по меньшей мере в два раза ниже, чем у материала (70), поглощающего рентгеновское излучение.

3. Способ по п. 1, в котором наноструктуры (50) содержат углеродные нанотрубки (УНТ) или состоят из них.

4. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этап (160) нанесения пассивирующего слоя (60) до заполнения (160) канавок (54) с использованием материала (70), поглощающего рентгеновское излучение.

5. Способ по п. 4, в котором нанесение пассивирующего слоя (60) включает в себя этап химического осаждения из газовой фазы, в частности, атомно-слоевое осаждение (ALD).

6. Способ по п. 4, в котором пассивирующий слой (60) наносят до заданного расстояния от подложки (20), при этом заданное расстояние составляет, в частности, менее 2 мкм.

7. Способ по п. 4, в котором этап заполнения канавок (54) включает в себя этап электролитического осаждения.

8. Способ по п. 1, в котором этап заполнения канавок (54) включает в себя по меньшей мере один из следующих этапов:

- этап механического заполнения, в частности, с использованием механического напряжения, высокой температуры и пониженного давления,

- этап заполнения канавок (54) металлическим порошком, заключенным в связующем веществе, и этап обжига связующего вещества для получения твердого наполнителя канавок (54), и

- этап печати решеточных структур с использованием выращенных наноструктур (50).

9. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этап изгиба изготовленной решеточной структуры (1), в частности изгиба подложки (20) таким образом, чтобы адаптировать решеточную структуру к конусному лучу источника рентгеновского излучения.

10. Структурированный решеточный компонент, содержащий:

- подложку (20),

- катализатор (30) на подложке (20), причем катализатор (30) имеет решеточный рисунок,

- наноструктуры (50) на подложке, образующие стенки (52) и канавки (54) на основе решеточного рисунка, и

- материал (70), поглощающий рентгеновское излучение, заполняющий канавки (54) между стенками (52) наноструктур (50),

причем наноструктуры (50) включают в себя углеродные нанотрубки (УНТ).

11. Структурированный решеточный компонент (1) по п. 10, дополнительно содержащий:

- пассивирующий слой (60), расположенный между материалом (70), поглощающим рентгеновское излучение, и наноструктурами (50).

12. Структурированный решеточный компонент (1) по п. 10, в котором подложка (20) находится в непосредственном контакте с материалом (70), поглощающим рентгеновское излучение.

13. Структурированный решеточный компонент (1) по п. 10, в котором наноструктуры (50) содержат опорные элементы (58), соединяющие две соседние стенки (52), причем опорные элементы (58) предпочтительно предусмотрены в различных позициях в продольном направлении на двух противоположных сторонах стенки (52) соответственно.

14. Система визуализации, в частности рентгеновская фазово-контрастная или темнопольная система визуализации, содержащая структурированный решеточный компонент (1) по п. 10.