Mo/Si软X射线多层膜的界面粗糙度研究

 用磁控溅射法分别制备了以Mo膜层和Si膜层为顶层的Mo/Si多层膜系列, 利用小角X射线衍射确定了各多层膜的周期厚度。以不同周期数的Mo/Si多层膜的新鲜表面近似等同于同一多层膜的内界面,通过原子力显微镜研究了多层膜界面粗糙度随膜层数的变化规律。并在国家同步辐射实验室测量了各多层膜的软X射线反射率。研究表明：随着膜层数的增加,Mo膜层和Si膜层的界面粗糙度先减小后增加然后再减小,多层膜的峰值反射率先增加后减小。     

Mo/Si软X射线多层膜的界面粗糙度研究

用磁控溅射法分别制备了以Mo膜层和Si膜层为顶层的Mo/Si多层膜系列, 利用小角X射线衍射确定了各多层膜的周期厚度。以不同周期数的Mo/Si多层膜的新鲜表面近似等同于同一多层膜的内界面,通过原子力显微镜研究了多层膜界面粗糙度随膜层数的变化规律。并在国家同步辐射实验室测量了各多层膜的软X射线反射率。研究表明：随着膜层数的增加,Mo膜层和Si膜层的界面粗糙度先减小后增加然后再减小,多层膜的峰值反射率先增加后减小。     

研究扩散屏障层对Mo/Si多层膜软X射线反射率影响的模拟

在特定波长下,用四层结构模型模拟了Mo/Si多层膜的软X射线反射率.研究了扩散屏障层dMo-on-Si和dSi-on-Mo对Mo/Si多层膜软X射线反射率的影响.研究发现,扩散屏障层并不总是损害Mo/Si多层膜的光学性能,通过合理设计dMo-on-Si和dSi-on-Mo厚度,增加dMo-on-Si与dSi-on-Mo的比值,也能提高多层膜的软X射线反射率.     

金属单层膜的小角X射线衍射强度的研究

本文对金属单层膜进行研究,在多种样品中没有发现X射线衍射峰.我们在基底上预先淀积一层重金属膜,然后再淀积所需样品,发现样品有较好的衍射峰产生.我们对此进行了探讨并提出了一个可能的理论定量解释.     

软X射线多层膜光栅的衍射特性

用X射线运动学理论对软X射线多层膜光栅的衍射特性进行了研究。发现其衍射规律与多层膜的布拉格衍射和普通光栅衍射有本质的区别,可将衍射能量集中于某一衍射级上,同时它又保持了多层膜的高反射率和光栅的高分辨本领等优良特性。     

溅射气压对X射线多层膜反射率的影响

本文在不同的溅射气压的情况下制备了具有相同结构参量的Mo/Si多层膜,测出了其对应的小角度X衍射曲线,在北京同步辐射实验室测量了多层膜的软X射线反射率.小角X射线衍射谱表明:随着溅射气压升高,多层膜的小角X射线衍射曲线的高次峰的峰高急剧变小,半峰宽变大.反射率测量结果也表明:多层膜的X射线反射率随溅射气压的升高而急剧降低.     

用不同的Mo靶溅射功率制备Mo/Si多层膜

用磁控溅射法制备了周期厚度和周期数均相同的Mo/Si多层膜,用原子力显微镜和小角X射线衍射分别研究了Mo靶溅射功率不相同时,Mo/Si多层膜表面形貌和晶相的变化。随后在国家同步辐射实验室测量了Mo/Si多层膜的软X射线反射率。研究发现,随着Mo靶溅射功率的增大,Mo/Si多层膜的表面粗糙度增加,Mo的特征X射线衍射峰也增强,Mo/Si多层膜的软X射线峰值反射率先增大后减小。     

用不同的Mo靶溅射功率制备Mo/Si多层膜

 用磁控溅射法制备了周期厚度和周期数均相同的Mo/Si多层膜,用原子力显微镜和小角X射线衍射分别研究了Mo靶溅射功率不相同时,Mo/Si多层膜表面形貌和晶相的变化。随后在国家同步辐射实验室测量了Mo/Si多层膜的软X射线反射率。研究发现,随着Mo靶溅射功率的增大,Mo/Si多层膜的表面粗糙度增加,Mo的特征X射线衍射峰也增强,Mo/Si多层膜的软X射线峰值反射率先增大后减小。     

正入射Mo/B_4C软X射线多层膜

采用Ｍｏ／Ｂ４Ｃ材料在短波长波段（λ＜１０．０ｎｍ）进行软Ｘ射线多层膜实验研究。在指定波长（８．０ｎｍ附近）处对多层膜进行结构设计，并制备出了周期结构准确的Ｍｏ／Ｂ４Ｃ多层膜样品。     

低温退火的X射线W/Si多层膜应力和结构性能

W/Si多层膜反射镜在硬X射线天文望远镜中有重要应用. 为减小其应力对反射镜面形和望远镜分辨率的影响, 同时保证较高的反射率, 采用150, 175和200 ℃ 的低温退火工艺对采用磁控溅射镀制的W/Si周期多层膜进行后处理. 利用掠入射X射线反射测试和样品表面面形测试对退火前后W/Si多层膜的应力和结构进行表征. 结果表明, 在150 ℃ 退火3 h 后, 多层膜1级峰反射率和膜层结构几乎没有发生变化, 应力减少约27%; 在175 ℃ 退火3 h后, 多层膜膜层结构开始发生变化, 应力减少约50%; 在200 ℃退火3 h 后, 多层膜应力减小超过60%, 但1级布拉格峰反射率相对下降17%, 且膜层结构发生了较大变化. W, Si界面层的增大和相互扩散加剧是应力和反射率下降的主要原因.     

Mo/Si多层膜在质子辐照下反射率的变化

为了检验应用在极紫外波段空间太阳望远镜上Mo/Si多层膜反射镜在空间辐射环境下反射率的变化情况, 模拟了部分空间太阳望远镜运行轨道的辐射环境, 利用不同能量和剂量的质子对Mo/Si多层膜反射镜进行辐照实验.辐照前后反射率测量结果显示,由于带电粒子的辐照损伤,质子辐照会使Mo/Si多层膜反射镜的反射率降低,且质子能量越低、剂量越大,对多层膜的反射率影响越明显. 当质子能量E=160keV,剂量＝6×10¹¹/mm²时,反射率降低4.1%;能量E=100keV,剂量=6×10¹¹/mm²时, 反射率降低5.7%;能量E=50keV,剂量=8×10¹²/mm²时,反射率降低10.4%. 用原子力显微镜测量辐照后Mo/Si多层膜反射镜的表面粗糙度比辐照前明显增加,致使散射光线能量逐渐增大并最终导致反射率的降低. 关键词： 质子辐照 Mo/Si多层膜反射镜 辐照损伤     

质子辐照下Mo/Si多层膜反射镜的微观结构状态

利用透射电子显微镜对质子辐照前后空间太阳望远镜Mo/Si多层膜的微观结构进行了表征, 并对其辐照前后反射率的变化进行了测量.研究表明, Mo/Si多层膜经质子辐照后形成了一些缺陷结构,局部区域Mo/Si的周期性遭到破坏, Mo层与Si层的宽度发生了变化,多层膜层与层之间的界面也比辐照前更为粗糙,部分层状结构由于质子辐照发生了明显的扭曲和折断等现象;此外,质子辐照导致了Mo/Si多层膜反射率的下降,这些微观缺陷的形成是光学性能降低的直接诱因. 关键词： 空间太阳望远镜 Mo/Si多层膜 微观结构 反射率     

磁控溅射制备横向梯度分布的Mo/Si周期多层膜

 采用磁控溅射方法在Si基板上镀制了横向梯度分布的Mo/Si周期多层膜。以X射线掠入射反射测量了横向梯度多层膜的膜系结构,在基板65 mm长度范围内,多层膜周期从8.21 nm线性减小到6.57 nm,周期梯度为0.03 nm/mm。国家同步辐射实验室反射率计的反射率测试结果表明：该横向梯度分布周期多层膜上不同位置,能反射在13.3~15.9 nm波段范围内不同波长的极紫外光,反射率为60%~65%。     

Reduction of interlayer thickness by low-temperature deposition of Mo/Si multilayer mirrors for X-ray reflection

Thin interlayers are essential for high-quality multilayer optics. We present the first investigation of reducing the interlayer thickness of Mo/Si multilayer structures by cooling the substrate with liquid nitrogen during the deposition. The structures were deposited by means of electron beam evaporation. Even after warming up to room temperature prior to analysis, the interlayers that formed upon cryogenic deposition were found to be approximately 60% thinner compared to room temperature deposition. The interlayer thickness reduction at low temperature and its preservation upon warming up are attributed to a lower mobility of adatoms, reduced surface segregation of Si during Mo-on-Si growth, and/or crystallization of Mo.     

X-ray diffraction profiles of Si nanowires with trapezoidal cross-sections

Comparisons of the experimental and calculated X-ray diffraction profiles have been made for Si nanowires with trapezoidal cross-sections. Examined samples are periodically arranged nanowires prepared on a silicon-on-insulator wafer by electron-beam lithography, so that they are isolated from Si substrate. The nanowire periodicity gives rise to diffractions at additional reciprocal lattice points, which we employ to avoid the mixture of the diffraction from the Si substrate. The experimental diffraction profiles are found to be in good agreement with the square modulus of the Fourier transform of the trapezoidal cross-sections determined from transmission electron micrographs.     

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。     

高反射率Mo/B4C多层膜设计及制备

 运用遗传算法优化设计了Mo/B₄C多层膜结构。入射光入射角度取10°时,设计的理想多层膜膜对数为150,周期为3.59 nm,Gamma值（Mo膜厚与周期的比值）为0.41,峰值反射率为33.29%。采用恒功率模式直流磁控溅射方法制作Mo/B₄C多层膜。通过在Mo/B4C多层膜与基底之间增加15 nm厚的Cr粘附层,提高多层膜与基底的粘附力。另外,还采用调整多层膜Gamma值的方法减小其内应力,调整后多层膜结构周期为3.59 nm, Mo膜厚1.97 nm, B4C膜厚1.62 nm,峰值反射率26.34％。制备了膜对数为150的Mo/B₄C膜并测量了其反射率,在波长7.03 nm处,Mo/B₄C多层膜的近正入射反射率为21.0％。最后对测量结果进行了拟合,拟合得到Mo/B₄C多层膜的周期为3.60 nm,Gamma值0.60,界面粗糙度为0.30 nm。