面向高性能软 X 射线临界角透射光栅的批量制造

软 X 射线波段的高分辨率 ($R = \lambda /\Delta \lambda > 2000$) X 射线吸收与发射线光谱学，是探索宇宙网、星系团、星系晕、星系际空间及恒星大气中普遍存在的温与热等离子体及其动力学性质的关键诊断手段。临界角透射 (CAT) 光栅已实现 $R > 10{,}000$ 的软 X 射线光栅光谱学。CAT 光栅将透射光栅宽松的对准与温度容差以及低质量，与高衍射效率的高阶闪耀相结合。它们是拟议的 Arcus 光栅探测器的使能技术，并被选为 Lynx 设计参考任务光栅光谱仪仪器。Arcus 与 Lynx 均需制造数百至可能约 $\approx 2000$ 块大面积 CAT 光栅。我们正开发适于在最先进的 200 mm 晶圆设备上大尺寸批量加工的新图形化与制造工艺序列。近期对采用电子束写入掩模与 4 倍投影光刻图形化、并结合硅孔聚焦光学器件的 200 nm 周期光栅进行的 X 射线测试，在 1.49 keV 处展示了 $R \approx 10^4$。将光栅深度从 4 $\mu$m 延伸至 6 $\mu$m 预计将显著提升衍射效率，这是我们当前利用深反应离子刻蚀与 KOH 溶液中湿法刻蚀相结合努力的一部分。我们描述了光栅制造的最新进展并报告了最新的衍射效率与建模结果。