Mo/B4C软X射线多层膜结构特性研究

在6.7<λ<10.0nm波段选择Mo/B₄C作为多层膜材料,并采用磁控溅射法制备出多层膜样品.这些多层膜样品的周期结构为3.35nm～5.52nm.采用X射线衍射仪和透射电镜(TEM)对样品的微观结构进行研究.结构表明,这些多层膜样品的结构质量很高,并有很好的热稳定性.     

Si3N4的晶体化和ZrN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si₃N₄层在ZrN/Si₃N₄纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响. 一系列不同Si₃N₄层厚度的ZrN/Si₃N₄纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备. 利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能. 结果表明，由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的Si₃N₄层在其厚度小于0.9 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体，ZrN/Si₃N₄纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶，并相应地产生硬度升高的超硬效应. Si₃N₄随层厚的进一步增加又转变为非晶态，多层膜的共格生长结构因而受到破坏，其硬度也随之降低.     

磁控溅射制备极紫外高反射率多层膜应力研究

为制备硼边附近6.7 nm波长的极紫外高反射率多层膜反射镜,研究了Mo_2C/B_4C,Mo/B_4C周期多层膜,重点解决薄膜应力难题。采用直流磁控溅射技术制备了膜层厚度为30 nm的Mo,Mo_2C,B_4C,单层膜,周期厚度为3.5 nm,30对的Mo_2C/B_4C,Mo/B_4C周期多层膜。利用台阶仪测试了镀膜前后基底面形,计算并比较了不同薄膜样品的应力值。结果表明Mo_2C/B_4C多层膜压应力要远小于Mo/B_4C多层膜,且成膜质量与Mo/B_4C相当。因此Mo_2C/B_4C是应用于6.7 nm反射镜较好的多层膜材料组合。     

软X光多层镜反射率在同步辐射源上的标定

 软X光多层镜反射率标定实验在北京同步辐射装置 上进行，利用BSRF-3W1B 束线及其反射率计靶室(主靶室)标定不同材料的多层镜样品的反射率。多层镜的标定采用波长扫描法，以得到样品反射率随波长变化的曲线。给出了21°-B₄C/Si，21°-B₄C/Mo，10°-Cr/Ti，15°- B₄C/W，10°- B₄C/W以及6.86°-B₄C/W等6块多层镜在50～1 500 eV能段上的反射率标定曲线，并将其与理论计算结果进行比较。结果表明：标定曲线与理论曲线很好地符合。影响标定结果的总不确定度的主要因素是光子能量不确定度，其次是角度不确定度，测量不确定度的影响很小。     

基于非金属掺杂g-C3N4的均匀B-C-N三相单层

基于第一性原理方法计算,通过在g-C₃N₄中掺杂C、B和N原子, 预测了四种元素均匀分布的B-C-N三元单层材料． 除了B₄-C₃N₄单层材料是一个具有1.18 eV带隙的半导体, 其余三种C-B-N三元单层材料都是金属材料．其中,B₃C-C₃N₄是铁磁金属,其净磁矩为0.57 μB/原胞,可用于构建自旋电子器件材料．计算的形成能显     

紫外波段SiO2/Si3N4介质膜分布式布拉格反射镜的制备与研究

采用光学传递矩阵方法设计了紫外波段SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜, 并利用等离子体增强化学气相沉积技术在蓝宝石(0001)衬底上制备了SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜. 光反射测试表明, 样品反射谱的峰值波长仅与理论模拟谱线相差10 nm, 并随着反射镜周期数的增加而蓝移. 由于SiO₂与Si₃N₄具有相对较大的折射率比, 因而制备的周期数为13的样品反射谱的峰值反射率就已大于99%. 样品反射谱的中心波长为333 nm, 谱峰的半高宽为58 nm. 样品截面的扫描电子显微镜和表面的原子力显微镜测量结果表明, 样品反射谱的中心波长蓝移是由子层的层厚和界面粗糙度的变化引起的. X射线反射谱表明,子层界面过渡层对于反射率的影响较小, 并且SiO₂膜的质量比Si₃N₄差, 也是造成反射率低于理论值的原因之一.     

Ni70Co30/Cu磁性金属多层膜界面元素分布的X射线异常散射研究

应用X射线异常散射技术研究了[Ni₇₀Co₃₀(25A)/Cu(20A)]₂₀多层膜的界面结构, 结果表明, 退火前后Cu/Ni₇₀Co₃₀和Ni₇₀Co₃₀/Cu界面的温度行为不同.对于制备态样品, 界面结构是非对称的, 在Cu/Ni₇₀Co₃₀界面, 存在一个8A厚的CuNi₃过渡层和一个4A厚的NiCo层. 然而, Ni₇₀Co₃₀/Cu界面却不存在任何扩散. 285\textcelsius 2h退火后,Ni₇₀Co₃₀/Cu界面开始发生扩散, 产生了一个12A厚的CuNi₂Co过渡层. X射线能量分别在Co, Ni, Cu K吸收边附近的X射线漫散射实验, 揭示了在Ni₇₀Co₃₀/Cu多层膜的界面处, Cu与Ni和Co具有不同的横向关联长度, 显示了不均匀的横向分布.     

磁控溅射法制备极紫外6.8～11.0nm波段Mo/B_4C横向梯度多层膜（英文）

用直流磁控溅射法结合掩模板控制膜厚的方法在Si衬底上制备了工作于6.8～11.0nm波段的[Mo/B_4C]60横向梯度多层膜。利用X射线掠入射反射测试以及同步辐射反射率测试对梯度多层膜的结构及性能进行了测试。X射线掠入射反射测试结果表明,多层膜周期厚度沿着长轴方向从4.39nm逐渐增加到7.82nm,周期厚度平均梯度为0.054nm/mm。对横向梯度多层膜沿长轴方向每隔5mm进行了一次同步辐射反射率测试,结果显示,横向梯度多层膜在45°入射角下的反射率约为10%,反射峰的半高全宽介于0.13nm到0.31nm之间。     

中心波长为13．9nm的正入射Mo／Si多层膜

用由铜靶激光等离子体光源等组成的反射率计对自行设计的周期厚度为7.14nm的120层Mo/Si多层膜进行极紫外(EUV)波段反射率测量。由于多层膜层数增加所引起的吸收、膜层界面之间的扩散以及镀膜过程中的膜厚控制误差或表面被氧化(污染)等原因,正入射Mo/Si多层膜在13.9nm处的反射率低于理论计算值73.2%,最后用原子力显微镜(AFM)测量其表面粗糙度为σ=0.401nm。     

SR-FEL宽带腔镜与双带腔镜光学膜系实验研究与研制

利用“电子束蒸发沉积薄膜生长技术+离子束溅射沉积薄膜生长技术”、“HfO₂/SiO₂+Al₂O₃/SiO₂+M-SiO₂”复合光学膜系设计技术、400°C4h高温处理技术, 研制的SR-FEL宽带腔镜光学膜系在355nm中心波长的绝对光学反射率测量值为R(355nm)=99.45%, 反射光谱带宽测量值为Δλ(R≥99.00%)=75nm; 研制的355nm/248nm双带腔镜光学膜系, 在355nm中心波长, 其绝对光学反射率测量值为R(355nm)=99.69%, 反射光谱带宽测量值为Δλ(R≥99.00%)=59nm; 在248nm中心波长, R(248nm)=98.21%, 绝对光学反射率光谱带宽测量值Δλ(R≥99.00)=9mm, Δλ(R≥98.00%)=33nm.     

月基极紫外相机多层膜反射镜

月基极紫外相机用于月球表面对地球等离子体层辐射出的30.4 nm谱线进行成像观测,多层膜反射镜是月基极紫外相机的重要光学元件。根据月基极紫外相机技术参数,选择了B₄C/Mg,B₄C/Mg₂Si,B₄C/Al,B₄C/Si,Mo/Si等材料,对其周期厚度、材料比例、周期数等参数进行优化。计算了以上材料组合在30.4 nm的反射率曲线。考虑到月球环境的特殊性和材料的物理化学性质,从中选择出Mo/Si和B₄C/Si两种组合,利用磁控溅射进行镀制。Mo/Si和B₄C/Si多层膜在30.4 nm反射率分别达到15.3%和22.8%。     

软X射线Mo/B_4C多层膜应力和热稳定性研究

为了实现7nm波段Mo/B4C多层膜反射镜元件的制备,研究了不同退火方式对Mo/B4C多层膜应力和热稳定性的影响。首先,采用直流磁控溅射方法分别基于石英和硅基板制作Mo/B4C多层膜样品,设计周期为3.58nm、周期数为60,Mo膜层厚度与周期的比值为0.4。其次,采用不同的退火方式对所制作的样品进行退火实验,最高退火温度500℃。最后,分别采用X射线掠入射反射、X射线散射和光学干涉仪的方法对退火前后的Mo/B4C多层膜的周期、界面粗糙度和应力进行测试。测试结果表明采用真空退火方式能够有效降低Mo/B4C多层膜的应力,且退火前后Mo/B4C多层膜的周期和界面粗糙度无明显变化,证明Mo/B4C多层膜在500℃以内具有很好的热稳定性。     

磁控溅射法制备极紫外6.8~11.0 nm波段Mo/B4C横向梯度多层膜

用直流磁控溅射法结合掩模板控制膜厚的方法在Si衬底上制备了工作于6.8~11.0 nm波段的[Mo/B₄C]₆₀横向梯度多层膜。利用X射线掠入射反射测试以及同步辐射反射率测试对梯度多层膜的结构及性能进行了测试。X射线掠入射反射测试结果表明,多层膜周期厚度沿着长轴方向从4.39 nm逐渐增加到7.82 nm,周期厚度平均梯度为0.054 nm/mm。对横向梯度多层膜沿长轴方向每隔5 mm进行了一次同步辐射反射率测试,结果显示,横向梯度多层膜在45°入射角下的反射率约为10%,反射峰的半高全宽介于0.13 nm到0.31 nm之间。     

Multilayer mirror for x rays below 190 eV

La/B(4)C multilayers have been fabricated by magnetron sputtering for use as x-ray mirrors at energies below 190 eV, particularly for detection of boron K and alpha x rays at 183 eV, their performance has been compared with that of Mo/B(4)C multilayers, which are currently the best-performing multilayers for this energy range. Transmission electron microscopy and synchrotron soft-x-ray reflectometry were used to study the structural quality of the multilayers and their performance as x-ray mirrors. The results show a significant improvement of the peak reflectivity and the spectral purity, indicating that La/B(4)C has a high potential to replace Mo/B(4)C in many x-ray optical applications below 190 eV.     

短波长软X射线多层膜高级次峰设计与制备

考虑了短波长软X射线多层膜的设计问题，比较了一、二、三级布喇格衍射峰设计的反射率结果，分析了反射率与周期厚度及金属层在周期中的比率的关系．本文认为，在存在不连续金属膜层的情况下，用布喇格衍射峰的二级次设计，有助于获得实测的反射率．给出了利用磁控溅射方法沉积的Mo/Si多层膜在4.47nm处同步辐射测量，在60°入射角下获得8.5%实测反射率的结果． 关键词：     

Co/C and W/Si multilayers deposited by ion-beam sputtering for the soft X-ray range

We deposited Co/C multilayer mirrors for a wavelength of 4.77 nm and W/Si multilayer mirrors for a wavelength of 1.77 nm by use of ion-beam sputtering. The small-angle diffraction spectrum was used to analyze the structure of the multilayers. With a combination of the experimental diffraction spectra and Apeles’ theory for calculation of the interfacial roughnesses of the multilayers, the interfacial roughnesses of Co/C and W/Si are 0.80 nm and 0.60 nm, respectively, which are lower than that of the substrate. The reflectivity of the Co/C multilayer is measured to be about 20% and that of the W/Si multilayer about 1% at the grazing incidence angle of about 12°. Received: 30 May 2000 / Accepted: 1 August 2000 / Published online: 11 February 2002     

Development of Al-based multilayer optics for EUV

We report on the development of multilayer optics for the extreme ultra-violet (EUV) range. The optical performance of Al-based multilayer mirrors is discussed with regard to promising reflectivity and selectivity characteristics and the problems of the interfacial roughness for this type of multilayers. We demonstrate a possibility to reduce the average roughness by introducing additional metal layer (W or Mo) rather than depositing a buffer layer at each interface. We have prepared and tested Al/SiC, Al/W/SiC and Al/Mo/SiC multilayers of various periods for the spectral range from 15 to 40 nm, which is the range of increasing interest for high-order harmonic generation, synchrotron radiation and astrophysics. The structure of the three-component systems has been optimized in order to obtain the best reflectivity for each wavelength within the spectral range. We have shown that introduction of refractory metal in Al-based periodic stack can improve the optical performance of multilayer reflecting coatings designed for the EUV applications.     

B4C/Mo/Si high reflectivity multilayer mirror at 30.4 nm

The B4C/Mo/Si high reflectivity multilayer mirror was designed for He-Ⅱ radiation (30.4 nm) using the layer-by-layer method. The theoretical peak reflectivity was up to 38.2% at the incident angle of 5°. The B4C/Mo/Si multilayer was fabricated by direct current magnetron sputtering and measured at the National Synchrotron Radiation Laboratory (NSRL) of China. The experimental reflectivity of the B4C/Mo/Si multilayer at 30.4 nm was about 32.5%. The promising performances of the B4C/Mo/Si multilayer mirror could be used for the construction of solar physics instrumentation.