软X射线Mo/Si多层膜反射率拟合分析

由于多层膜的表界面粗糙度和材料之间的相互扩散等因素，导致多层膜的实际反射率小于理论计算的反射率，因此，多层膜结构参量的确定对镀膜工艺参量的标定具有重要意义。由于描述单个非理想粗糙界面散射的Stearns法适用于软X射线短波段区域，采用它的数学模型来描述软X射线多层膜的粗糙度，利用最小二乘法曲线拟合法对同步辐射测得的Mo／Si多层膜的反射率曲线进行拟合，得到了非常好的拟合结果，从而确定了多层膜结构参量，同时分析了多层膜周期厚度，厚度比率，界面宽度以及仪器光谱分辨率对多层膜反射特性的影响，这些工作都为镀膜工艺改进提供了一定的理论依据。     

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.     

4.48 nm正入射软X射线激光用Cr/C多层膜高反射镜的研制

针对4.48nm类镍钽软X射线激光及其应用实验,设计制备了工作于这一波长的近正入射多层膜高反射镜。选择Cr/C为制备4.48nm高反射多层膜的材料对,通过优化设计,确定了多层膜的周期、周期数以及两种材料的厚度比。模拟了多层膜非理想界面对高反射多层膜性能的影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上实现了200周期Cr/C多层膜高反射镜的制备。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国BessyⅡ同步辐射上测量了在工作波长处多层膜反射率,测量的峰值反射率达7.5%。对衍射仪测量的掠入射反射曲线和同步辐射测量的反射率曲线分别进行拟合,得到的粗糙度和厚度比的结果相近。测试结果表明,所制备的Cr/C多层膜样品结构良好,在指定工作波长处有较高的反射峰,达到了设计要求。     

激光等离子体光源软X射线反射率计

介绍了所研制的激光等离子体光源软X射线反射率计,该反射率计由激光等离子体光源、掠入射光栅单色仪、样品室、真空系统、样品台、光电探测系统和计算机控制系统组成,工作波段8～30 nm,测量样品的最大尺寸为130 mm×120 mm×120 mm(长×宽×高),可以利用这台反射率计对软X射线波段光栅、滤光片和多层膜反射镜等光学元件进行测量和评估。为检验反射率计的性能指标,利用该反射率计对本室研制的软X射线多层膜反射镜的反射率进行了测量,测量结果与理论计算结果符合较好,反射率测量重复性为±0.6%。     

帽层对极紫外多层膜反射特性影响分析

介绍了在极紫外波段，利用帽层材料来减少多层膜反射镜因外部环境干扰而造成的反射率降低，使多层膜光学元件能够长时间稳定工作.计算了在139nm波长处Mo/Si极紫外多层膜反射镜在表面镀制不同帽层材料时的理论最大反射率，利用单纯形调优法，对帽层和多层膜的周期厚度进行优化，同时把分层理论用于多层膜帽层优化,可使多层膜的反射率得到进一步提高.分析了在加入帽层前后多层膜外层电场强度的分布变化情况. 关键词： 多层膜 反射率 帽层 极紫外     

制备长波段X射线多层膜的新方法

叙述用离子束溅射镀膜机OXFORD进行X射线长波段多层膜实验及制备X射线多层膜光学元件方面的工作。简述离子束油射镀膜机的工作原理,X射线多层膜的制备过程,主要工艺参数,以及用X射线小角衍射仪对制备样品周期结构的检测和用软X射线反射率计测反射率的部分结果。     

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.     

软X射线多层膜与衰减膜研究

 本文采用随机数的方法，发展了一种普适的多层膜设计方法，这种方法除可设计一般的周期多层膜，更重要的是它可以根据选定的评价因子，设计不同要求的非周期多层膜。用磁控溅射方法完成软X射线多层膜制备，X射线衍射、卢瑟福背散射、俄歇电子谱和反射率的相对测试用来表征多层膜结构和特性，所得结果说明多层膜的结构完整，周期参数正确。用离子束溅射方法成功地制备了有一定反射率和透过率的软X射线半反半透分束镜；分析了Ag和Zr衰减膜中的杂质含量与分布及其对衰减膜特性的影响，并对衰减系数进行了修正，为实验提供优质的衰减膜。     

宽角度X射线超反射镜的设计

阐述了一种新的X射线超反射镜的设计方法.该方法将Frensnel反射系数公式和单纯形调优法相结合,可以设计出满足不同要求的X射线超反射镜.依据周期多层膜确定膜层数,给出了一种确定超反射镜膜层数的方法.设计了在铜(Cu)的Kα线下,具有不同掠入射角宽度的多种钨(W)/碳(C)超反射镜.设计中考虑了多层膜结构的界面粗糙度和相互扩散对多层膜反射性能的影响,并做了模拟计算.实验结果表明:用这种方法设计X射线超反射镜优于现有的其他方法.     

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。     

基于模拟退火算法的宽角度X射线超反射镜设计研究

应用于硬X射线波段的宽带多层膜光学元件———宽角度X射线超反射镜的设计可以归结为一个连续变量的多维多极值的全局优化问题。缺少一种有效的全局优化方法是阻碍解决这一难题的一个关键。模拟退火算法是一种简单而且通用的全局优化算法。结合光学多层膜的设计原理提出了利用模拟退火算法来进行宽角度X射线超反射镜设计的新方法。结合已有的方法选择了W和C作为膜层的膜对材料,设计出Cu的Kα线处角度范围0.9°~1.1°反射率达到20%的宽角度X射线超反射镜。并在此基础上采用改进的自适应模拟退火算法实现了Cu的Kα线处宽角度X射线超反射镜的理想设计结果。设计结果表明了模拟退火算法在多层膜最优化设计领域的正确性和有效性。     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

 介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准,设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜,制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度,利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率,在13.9 nm处,分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪,并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中,获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。     

Luus-Jaakola optimization procedure for multilayer optical coatings

Designing multilayer optical coatings is a difficult optimization problem because of the huge size of the search space. In the present paper, the Luus-Jaakola (LJ) optimization procedure, a new optimization algorithm, is employed to model multilayer optical coatings in the X-ray domain. With this algorithm it is not necessary to specify initially the number of layers present in a design. Only an upper limit needs to be defined. The algorithm has been used to maximize the reflectivity over a range of incident angles at a fixed wavelength, and over a wavelength range at a fixed incident angle. The results show that the LJ algorithm can be effectively applied to the design of multilayer optical coatings resulting in fewer layers than obtained using alternative optimization methods.     

基于粒子群优化算法的膜系设计方法

粒子群优化算法是一种新的演化计算技术,与遗传算法相比,粒子群优化算法具有易于实现,控制参量少等优点,且在大多数的情况下,可快速收敛于最优解.为了获得更优的膜系结构,本文提出了一种利用粒子群优化算法进行膜系设计的方法,并以增透膜、高反膜及分光膜为优化设计实例验证该方法的可行性.在这些实例中,以理论反射率和实际反射率的误差平方和为评价函数.结果表明,将粒子群优化算法用于膜系设计是有效的,在相同设计条件下,应用粒子群优化算法可以得到比遗传算法更优的膜系结构.     

多层膜软X光反射镜的研制

本文介绍了镍-碳多层膜软X光反射镜的设计与制造方法,特别是膜厚监控法.用俄歇谱仪分析了一个样品的剖面情况;对一些样品在1.54(?)的衍射特性和在软X光区的反射率进行了测量并与理论计算结果作了比较.     

Mo/Si软X射线多层膜中厚度均匀性的精细控制

为了获得光学性质均匀的大面积软X射线多层膜,必须控制好周期结构中单层膜的厚度均匀性。为此建立了磁控溅射薄膜沉积技术中单层膜厚度均匀性的分析和控制模型,解释了基底变速转动法可用来获得膜厚均匀的多层膜,并根据理论分析获得了基底的变速路径。将其应用于基底公转速度变速法来制备均匀性可控的大面积Mo/Si软X射线多层膜。小角X射线衍射测试结果表明,采用优化后的变速路径制备的多层膜,样品不同位置的各级次衍射峰位都能很好吻合,说明多层膜的周期厚度基本一致。计算表明该方法在直径200mm范围内可将周期结构中Mo层的不均匀性从20.6%修正到1.1%,Si层的不均匀性从27.0%修正到1.6%。     

软X射线多层膜及多层膜光栅的研究进展

对目前的几种软Ｘ射线光学元件的性能作了简要的阐述和分析。综合介绍了多层膜作为软Ｘ射线光学元件的新进展。同时对多层膜光栅这种新型软Ｘ射线光学元件的原理、性能、制作工艺进行了详细的说明。