科学探索|MIT科学家开发出适用于薄镜和硅晶片的低成本、高精度创新制造方法( 二 ) MIT科学家开发出适用于薄镜和

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研究配图 - 4：测量形变与表面轮廓的 Zernike 系数
自 2017 年以来，SNL 团队一直在与 NASA 戈达德太空飞行中心（GSFC）合作开发一种工艺，以纠正由涂层应力引起的 X 射线望远镜的镜面形状失真。
该研究起源于 NASA 为 Lynx 的下一代 X 射线望远镜任务概念而打造的反射镜项目，其中需要用到数万个高精度的反射镜。因其需要聚焦 X 射线，所以反射镜必须极其薄，才能有效地收集 X 射线。
尴尬的是，镜子很容易在变薄时迅速失去刚性、同时极易因反射涂层的应力而变形 —— 后者是具有纳米级厚度、用于反射 X 射线的铱层。

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研究配图 - 5：背面图案化的 II 型介观结构产生的 100mm 硅晶片三叶形变
随着技术进步，X 射线镜的品质已在过去几十年中被不断提升。然而涂层导致的失真，也成为了一个日益严重的问题。
为此，Yao 与同僚们开发出了一种光刻应力图案化方法，并且成功地结合了几种不同的技术。实验表明，在用于他们制造的 X 射线镜时，该技术可极其出色的消除失真。
在取得初步成功之后，MIT 团队决定将该工艺拓展到更常见的应用场景 —— 比如镜面和薄基板的自由成型。

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研究配图 - 6：III 型细观结构的显微图像
期间他们遇到了一个较大的障碍，即为 GSFC 开发的工艺，仅能精确控制单一类型的表面应用 —— 所谓的等双轴（equibiaxial）或旋转均匀（rotationally uniform）应力。
Chalifoux 解释称，该状态只能实现表面的碗状局部弯曲，而不能纠正薯片或马鞍形变。要达成对表面弯曲的任意控制，还需要全面掌控三项表面应力张量（Surface stress tensor）。
为此，MIT 团队进一步开发了这项技术，最终发明了所谓的英里张量介观结构（简称 STM）—— 这是一种排列在薄基板背面、且叠加在应力图层上的准周期单元。

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研究配图 - 7：测量变形与表面轮廓的 Zernike 系数
Youwei Yao 解释到：“通过在每个晶胞中旋转光栅的方向、并改变选定区域的面积分数，即可通过简单的图案化过程、同时控制应力张量场的所有三个分量” 。
最终研究团队花了整整两年多的时间来深入开发这一概念，并且攻克了一系列难题。Schattenburg 指出：“具有纳米级精度的硅晶片的自由成型，需要计量、力学和制造这三方面的通力协作” 。
在此之前，研究人员已在实验室里耗费了数十年的时间，以积累表面计量和微细加工等经验。然后结合研究生开发的薄板建模与优化工具，最终拿出了这套不仅限于碗状表面弯曲的通用基板形状控制方法。