東北大,X線格子をインプリント技術で成形することに成功

東北大学金の研究グループは,生体画像診断および工業製品の非破壊検査機器への本格的な実用化が期待されるX線タルボ干渉計用のX線格子を,金属ガラスのインプリント技術によって作製することに成功し,実際に樹脂内部を観察できることを証明した。

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X線位相イメージングは,硬X線が物体を通過した際に生じる位相シフトを用いて高感度のX線像を撮影する技術であり,特に,従来のX線吸収イメージングが苦手とする生体軟組織等を鮮明に観察できることに大きな利点がある。

研究グループは,実験室X線源を用いたX線位相イメージングを可能にしたX線タルボ干渉計を開発した。これにより,病院での医療画像診断や生産工場での製品非破壊検査への実用化に目処が立った。

このX線タルボ干渉計には,X線格子と呼ばれる周期的縞状構造の金属製格子が必要であり,本格的な実用化には,その撮像範囲の広さや鮮明さを決定づけるX線格子の大面積化や高アスペクト比化が必要となる。

現在X線格子は,X線リソグラフィあるいはディープエッチング,および,メッキの技術によって作製されている。しかし,従来の作製方法では,長い時間が掛かって歩留まりが悪い上,高い精度を維持することが困難だった。

また,X線の代わりに中性子を用いた中性子位相イメージング用に,中性子吸収係数の大きいガドリニウムを主成分とする格子が必要だが,その作製方法は未だに確立していない。

今回,研究グループはX線吸収係数の大きい元素を含む金属ガラスを昇温することによって得られた水飴状の過冷却液体金属を,シリコン製の金型に押し当て転写するインプリント成形によって,ナノスケール加工精度を有するX線格子を短時間で作製する技術を確立した。

具体的には,誘導結合プラズマエッチング法によりシリコン表面に 10μm 深さの格子パターンを 8μm 間隔で作製してシリコン製金型とし,金属ガラス薄帯を不活性雰囲気中で 330℃まで加熱して水飴状にし,インプリントによってX線格子を作成した。

ガドリニウムを主成分とする金属ガラスを用いることにより,中性子用の回折格子の作製にも応用ができる。技術的には,大面積化や高アスペクト比化に課題を残すが,大型X線・中性子回折格子の安価製造を実現し得る新たな製造方法として期待される。

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