pco.edge助力光刻蚀相关技术的研究二：超分辨扫描透射X射线成像
2026-07-09 来源:本站 点击次数:44Super-Resolution Scanning Transmission X-Ray Imaging Using Single Biconcave Parabolic Refractive Lens Array
使用单双凹抛物面折射透镜阵列的超分辨扫描透射X射线成像
使用单双凹抛物面折射透镜阵列的超分辨扫描透射X射线成像
T. Mamyrbayev, K. Ikematsu, P. Meyer, A. Ershov, A. Momose & J. Mohr
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-50869-8
Scientific Reports | (2019) 9:14366
Accepted: 11 September 2019
【摘要翻译】
本文提出了一种新的超分辨率成像技术，该技术使用了一个像元远大于空间分辨率的检测器, 有实现亚微米空间分辨率的潜力。该方法利用了在周期性间隔（周期间隔长度对应于像元大小的倍数）大量相同的X射线微探针上的样本扫描，这大大缩短了扫描时间。由微探针收集的样品信息由大的探测器像元来存储。利用这些数据和样本位置信息，进行超分辨率图像重建。利用一维（1D）高深宽比的镍单透镜阵列，被设计用于理论预期的17keV亚微米微探针，并通过深X射线光刻和电铸技术制造，获得了周期为10微米的2微米X射线微探针。我们在KARA同步加速器设施进行了第一次实验，结果表明，通过使用像素尺寸为10.4微米的探测器生成的图像，可以轻松解析尺寸为1.5微米的测试图案的最小结构。这种新的方法有很大的潜力提供一种具有大视场和短扫描时间的新的显微成像模式。
图文节选（1）
成像原理与设计
超分辨率X射线成像原理如图1a所示。将微透镜阵列置于同步加速器光束中并垂直定向，预计其聚焦性能优于水平定向时的聚焦性能。透镜阵列由单色X射线束照射，并且以等于成像像素周期的周期数形成线聚焦阵列。将样品放置在透镜阵列的焦平面中，并沿垂直方向进行扫描。样品放置在靠近探测器的位置，以避免由于X射线散射和有限的光源尺寸造成的图像模糊。使用由照明点的大小和奈奎斯特采样定理来定义的亚像素步长执行采样扫描。在每个样本的扫描位置上，制成的微探针照亮样本，并将信息存储在LR像素中（图1b）。SR成像技术的LR图像数（NLR）定义为微探针间距（透镜阵列的周期，PLA）和步进值（StepPiezo）之间的比值：NLR=PLA/ StepPiezo。吸收图像由在有样品和无样品时分别入射到LR像元上的光子数的比率定义。使用这些数据，通过叠加LR像素值并将其调整为原始大小来执行超分辨率图像重建。SR图像重建在方法部分中描述……
图文节选（2）
在KARA同步加速器设施上对微透镜阵列进行X射线表征
使用KARA同步辐射设施（德国卡尔斯鲁厄KIT）上的的摆动图像光束线对微透镜阵列进行了X射线表征。在距离光源15.5米处放置一个Si（111）双晶单色仪，用于产生17千电子伏的单色X射线。为了测量焦线，使用了结合10倍放大的光学元件和有效像元尺寸为0.65 微米的pco.edge 5.5 sCMOS相机（PCO AG，德国凯尔海姆）的74微米的LSO:Tb闪烁体。探测器的视场为1.66毫米（垂直）× 1.4毫米（水平）。由于垂直方向上的光源尺寸远小于水平方向上的光源尺寸，因此微透镜阵列是垂直定向的。如图4所示，通过让探测器沿光轴扫描来确定焦距，并使聚焦光束的强度达到最大。测出焦距为67毫米，与理论值（69毫米）非常一致……
使用KARA同步辐射设施（德国卡尔斯鲁厄KIT）上的的摆动图像光束线对微透镜阵列进行了X射线表征。在距离光源15.5米处放置一个Si（111）双晶单色仪，用于产生17千电子伏的单色X射线。为了测量焦线，使用了结合10倍放大的光学元件和有效像元尺寸为0.65 微米的pco.edge 5.5 sCMOS相机（PCO AG，德国凯尔海姆）的74微米的LSO:Tb闪烁体。探测器的视场为1.66毫米（垂直）× 1.4毫米（水平）。由于垂直方向上的光源尺寸远小于水平方向上的光源尺寸，因此微透镜阵列是垂直定向的。如图4所示，通过让探测器沿光轴扫描来确定焦距，并使聚焦光束的强度达到最大。测出焦距为67毫米，与理论值（69毫米）非常一致……
图文节选（3）
图1. 超分辨率X射线成像方法的图示 。
(a) 用于X射线吸收对比度成像的单透镜阵列实验装置。为了简化方案，仅显示了7个单透镜。
一维微透镜阵列由同步辐射通过双晶单色仪照明，并产生线聚焦阵列。
如箭头所示，将样品放置在焦平面中，并通过压电台以亚像素级扫描。检测器就放在样品的后面；
(b) 图像重建方法：在每个样本扫描的位置上，焦点照亮样本，并通过LR像元测量局部透射信息。
超分辨率图像重建是通过叠加LR像素值并将其调整为原始大小来执行的；
(c）通过深X射线光刻和电铸制作的单透镜阵列的SEM图像。
镜头阵列的总长度为2.5毫米，高度为60微米；
（d）最小特征是宽1.5微米、高3微米的金线的分辨率测试图案的SEM图像。
一维微透镜阵列由同步辐射通过双晶单色仪照明，并产生线聚焦阵列。
如箭头所示，将样品放置在焦平面中，并通过压电台以亚像素级扫描。检测器就放在样品的后面；
(b) 图像重建方法：在每个样本扫描的位置上，焦点照亮样本，并通过LR像元测量局部透射信息。
超分辨率图像重建是通过叠加LR像素值并将其调整为原始大小来执行的；
(c）通过深X射线光刻和电铸制作的单透镜阵列的SEM图像。
镜头阵列的总长度为2.5毫米，高度为60微米；
（d）最小特征是宽1.5微米、高3微米的金线的分辨率测试图案的SEM图像。
图文节选（4）
图2. X射线表征结果：（a）在17 千电子伏下测量的微透镜阵列产生的X射线聚焦线。
X射线聚焦线的长度为60微米，等于所制结构的高度。
(b）线焦点分布和（c）闭合视图。绿色虚线表示入射光束的强度。所有分布几乎相同。
焦点之间的距离为10微米，焦点的大小（半高宽）为2±0.06微米。
X射线聚焦线的长度为60微米，等于所制结构的高度。
(b）线焦点分布和（c）闭合视图。绿色虚线表示入射光束的强度。所有分布几乎相同。
焦点之间的距离为10微米，焦点的大小（半高宽）为2±0.06微米。
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埃赛力达是一家技术经验丰富供应商，致力于提供先进的、改善生活的革新技术，为生命科学、先进工业、新一代半导体、航空航天等各终端市场的全世界企业提供服务。公司总部位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡。埃赛力达是光子技术设计、开发和制造领域的重要合作伙伴，为全世界客户提供传感、检测、成像、光学和特种光源方面的前沿创新技术。
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【关于元奥仪器】
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我司凭借多年在成像领域的应用经验与成功案例，我们为您提供各种成像设备与系统产品，科学级CCD相机、高速摄像机、高灵敏度相机、工业相机、超高灵敏度相机、sCMOS科学相机与水下摄像机。主要应用在天文成像、工业成像、光谱成像分析、机器视觉和其他在科研对成像有高要求的测量领域。
我们以专业的知识及热忱的服务，期望为用户提供途径而达到更好的工作效率而努力，本着不断吸收新知的精神，让用户能享用信息科技所带来的便利。努力保持在物理光学、高速摄影、工业检测、分析化学，环境环保等领域的仪器设备各方面上给用户提供全新的技术产品。
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