氮气反应溅射制备软X射线Co/Ti多层膜

针对"水窗"波段(280~540eV)对多层膜反射镜的应用需求,在Ti的L吸收边(452.5eV)附近,优化设计了Co/Ti多层膜的膜系结构。计算了不同界面粗糙度条件下的反射率,结果显示,界面粗糙度对多层膜反射率有较大影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上制备了Co/Ti多层膜,通过将氮气引入原有的溅射气体氩气中作为反应气体,明显减小了制备的多层膜的界面粗糙度。利用X射线掠入射反射实验和透射电子显微镜测试了多层膜结构,并在北京同步辐射装置(BSRF)3W1B实验站测量了不同氮气浓度下多层膜的反射率。结果显示,氮气含量为5%的溅射气体制备的多层膜样品反射率最高,即将纯氩气溅射制备得到的反射率9.5%提高到了12.0%。得到的结果表明,将氮气加入反应溅射气体可以有效改善Co/Ti多层膜的性能。     

反应溅射气体对Ni、Ti薄膜成膜特性的作用机制

反应溅射是降低薄膜表面和界面粗糙度的有效手段。为了研究反应溅射过程中氮气(N2)含量对所制备的Ni、Ti单层膜成膜特性的作用机制,利用掺氮气的反应直流磁控溅射方法制备了Ni和Ti的单层膜样品。首先,采用X射线光电子能谱(XPS)方法测量了Ni和Ti单层膜样品的组分。其次,基于样品的组分测量结果,结合X射线掠入射反射(XRR)方法对样品的厚度和表面粗糙度进行了测量与分析。实验结果表明,随着反应溅射中氮含量的增大,Ti膜的沉积速率呈现快速降低后迅速趋于缓慢变化的趋势,而Ni膜的沉积速率几乎没有变化,Ni膜和Ti膜的表面粗糙度都呈现先减小再增大的趋势,且在氮的含量为8%的条件下,表面粗糙度达到最小值。     

软X射线多层膜设计中表面粗糙度对反射率的影响

给出了一种改进的软X射线波段的多层膜设计方法.在设计过程中,考虑了反射镜基底和各膜层之间的均方(RMS)粗糙度对反射率的影响 ;在Stearns提出的散射理论的基础上给出了粗糙界面的数学模型.文中以波长为λ=1.03nm的软X射线为例进行设计,设计结果表明 :要使波长为λ=1.03nm的多层膜的反射率大于10%,反射镜基底的均方粗糙度不应超过0.6nm.实验中选择几块表面粗糙度为 0.5nm(RMS)的熔石英平面镜作为基底来制作适用于该波长的、层对数超过70的多层膜.然后在的入射角下测量反射率,测得的值为10%,这与采用本设计方法得到的计算结果一致.该反射镜作为X射线谱仪的分光元件被应用于惯性约束聚变(ICF)的过程诊断中.     

高反射率13nmMo/Si多层膜

采用离子束溅射在不同的工艺参数下制备一系列单层Mo膜、Si膜及多层膜,并用原子力显微镜分析单层膜表面粗糙度及两种材料间的界面扩散.当束流电压超过一定数值时,可避免单层膜的柱状生长;在Mo-on-Si和Si-on-Mo界面中,Mo-on-Si界面扩散对反射率的影响更大.采用X射线衍射仪分析多层膜中Mo、Si材料的晶体结构,均为多晶结构,其中Mo为(110)晶向,Si为(400)晶向.根据上述分析优化工艺参数,获得的13nmMo/Si多层膜反射率达到60%.     

高反射率13nmMo／Si多层膜

采用离子束溅射在不同的工艺参数下制备一系列单层Mo膜、Si膜及多层膜,并用原子力显微镜分析单层膜表面粗糙度及两种材料间的界面扩散.当束流电压超过一定数值时,可避免单层膜的柱状生长;在Mo-on-Si和Si-on-Mo界面中,Mo-on-Si界面扩散对反射率的影响更大.采用X射线衍射仪分析多层膜中Mo、Si材料的晶体结构,均为多晶结构,其中Mo为(110)晶向,Si为(400)晶向.根据上述分析优化工艺参数,获得的13nmMo/Si多层膜反射率达到60%.     

极紫外Mg/SiC、Mg/Co多层膜的稳定性

采用磁控溅射法在Si(100)基底上镀制了膜系结构分别为[Mg/Co]20、[Mg/SiC]20的两组多层膜,以研究Mg基多层膜的稳定性.对放置在室温和80％相对湿度环境下的样品进行显微镜、表面粗糙度和X射线掠入射反射率测试,对比研究了Mg/Co和Mg/SiC两种多层膜结构在相同环境中的损坏状况.对比结果显示:放置4天后,Mg/SiC损坏面积为26.34％,表面粗糙度为10 nm; Mg/Co的损坏面积为2.78％,表面粗糙度为5 nm.6天后,X射线掠入射反射率测量显示Mg/SiC多层膜一级反射峰完全消失,而Mg/Co多层膜的一级反射峰仍有47.63％的反射率.实验表明,Mg/Co多层膜的表面层和内部多层膜结构的损坏速度较Mg/SiC慢,具有较好的环境稳定性.另外,X射线光电子谱(XPS)测试Mg基多层膜损坏后的产物主要为MgCO3、Mg(OH)2和少量的MgO,且内层Mg(OH)2与MgCO3含量的比值显著高于表面层.分析认为,水汽是造成Mg基多层膜损坏的主要原因,今后Mg基多层膜保护层的研究可主要针对如何防止水汽进入膜层.     

高反射率13nmMo/Si多层膜

采用离子束溅射在不同的工艺参数下制备一系列单层 Mo膜、Si膜及多层膜 ,并用原子力显微镜分析单层膜表面粗糙度及两种材料间的界面扩散。当束流电压超过一定数值时 ,可避免单层膜的柱状生长 ;在 Mo- on- Si和 Si- on- Mo界面中 ,Mo- on- Si界面扩散对反射率的影响更大。采用 X射线衍射仪分析多层膜中 Mo、Si材料的晶体结构 ,均为多晶结构 ,其中 Mo为 ( 1 1 0 )晶向 ,Si为 ( 4 0 0 )晶向。根据上述分析优化工艺参数 ,获得的 1 3nm Mo/Si多层膜反射率达到 60 %。     

Co/Mo2C多层膜热稳定性及界面特性研究

为研究多层膜反射镜的热稳定性,设计制备了工作在778eV处的Co/Mo2C多层膜,研究了多层膜在退火实验中的热稳定性及界面结构的变化。通过X射线反射测试表征及拟合退火前后多层膜的结构信息,并用X射线衍射表征多层膜退火过程中膜层晶相结构的变化。结果表明,多层膜的界面质量较好,未退火样品处于无定形态。在退火过程中,周期厚度变化小,多层膜的热稳定性优异。随着退火温度的升高,在Mo2C-on-Co界面处,Co从Co-C混合区域中析出生成Co3Mo晶粒,界面扩散程度加大,从而Co-on-Mo2C界面的热稳定性要优于Mo2C-on-Co界面。     

13.9nm和19.6nm正入射Mo/Si多层膜反射镜反射率的测量

根据理论模拟计算并设计了分别工作在13.9nm类镍银和19.6nm类氖锗两种X射线激光的Mo/Si多层膜,将自行设计的小型反射率计安装在Mcpherson247单色仪出射狭缝附近,组成以铜靶激光等离子体辐射源作为极紫外光源的反射率测量装置,对研制的Mo/Si多层膜反射镜的反射率进行了测量。实验结果显示,中心波长分别是13.91nm和19.60nm,相应反射率分别是41.9%和22.6%,半宽度分别是0.56nm和1.70nm,中心波长和半宽度与理论值基本一致。为了全面了解多层膜的性能,用WYKO测量多层膜的表面粗糙度,13.9nm和19.6nmMo/Si多层膜的表面粗糙度分别是0.52nm和0.55nm。     

极紫外多层膜基底表面粗糙度综合表征技术

研究用不同清洗方法对硅基底表面粗糙度的影响,首先使用原子力显微镜(AFM)直接测量硅片表面粗糙度;然后,利用直流磁控溅射方法,在相同制备工艺条件下镀制M o/S i多层膜,使用X射线衍射仪(XRD)对多层膜二级衍射峰进行摇摆曲线扫描;最后,利用同步辐射测量多层膜的反射率,间接表征基底的粗糙度。结果表明,超声清洗后镀制的多层膜反射率最高,结论与AFM,XRD等表征方法一致。     

不同本底真空度对SiC/Mg极紫外多层膜性能的影响

摘要：为研究SiC/Mg极紫外多层膜光学性能随制作时不同本底真空度的变化,利用直流磁控溅射方法在不同本底真空条件下制备了峰值反射波长在30.4nm的SiC/Mg周期膜。X射线掠入射反射测试结果表明不同本底真空度条件下制备的SiC/Mg周期多层膜膜层质量有明显差异。用同步辐射测试了SiC/Mg多层膜在工作波长处的反射率,本底真空度为6.0E-5 Pa时的SiC/Mg周期膜反射率为43%,而本底真空度在5.0E-4 Pa时的SiC/Mg多层膜反射率仅为30%。同步辐射反射曲线拟合结果表明：反射率随着本底真空度降低的原因是由于多层膜Mg膜层中Mg的氧化物含量增多造成的。     

离子束辅助磁控溅射沉积铬-铜-氮薄膜的结构与性能

应用低能离子束辅助磁控溅射（IBAMS）沉积铬-铜-氮薄膜,研究了铜含量和轰击能量对薄膜结构、硬度和断裂韧度的影响。结果表明：在相同的轰击能量（400eV）下,铜含量对薄膜结构和硬度的影响不明显,但是铜的加入有利于提高薄膜的断裂韧度;离子辅助轰击能量从400eV增加到800eV时薄膜的结构发生了显著变化,断裂韧度和硬度均大幅度提高。     

Ge-Sb-Te-O相变薄膜的光学性质研究

研究了单层 Ge- Sb- Te- O射频溅射薄膜在 40 0 nm～ 80 0 nm区域的光学常数 ( N,K)和反射、透射光谱 ,发现适当的氧掺杂能增加退火前后反射率对比度 ,因此 ,可以通过氧掺杂改良 Ge- Sb- Te相变材料的光存储性能     

薄膜厚度对直流脉冲磁控溅射Mo薄膜光电性能的影响

采用直流脉冲磁控溅射方法在SLG衬底上沉积CIGS太阳电池背接触Mo薄膜,研究了薄膜的光学和电学性能随厚度的变化关系。结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜的电阻率先降低后增加,在厚度284.3nm处电阻率最低,为7.3×10-4Ω.cm。不同厚度的Mo薄膜在各个波长处(200~840nm)反射率都随波长的增加而增大。随着薄膜厚度的增加,平均反射率总的呈下降趋势,在薄膜厚度284.3nm时出现一反射率高峰,其在200~840nm波长范围内的平均反射率达43.33%。     

X射线超反射镜的设计与制备

介绍了一种可用于X射线成像望远镜中的高能X射线反射元件的设计和制备。结合Spiller和Yamamoto方法选择了W、C作为膜层材料,用Yamshita设计方法给出初始膜系,经单纯形调优算法设计出掠入射角为8.7mrad时,对波长范围在0.0475nm～0.0886nm范围内的X射线计算反射率达21%宽波段X射线超反射镜。样品采用高精度磁控溅射方法制备,并用X射线衍射仪(XRD)测得在8.7mrad～15.7mrad内反射率为15%左右。     

基于离子束溅射Ta2O5薄膜的紫外吸收膜技术

为获得高性能紫外激光薄膜元件,急需研制紫外高反射吸收薄膜,实现吸收损耗的精确测量。本文采用离子束溅射技术,通过调控氧气流量实现了具有不同吸收的Ta_2O_5薄膜的制备。以Ta_2O_5薄膜作为高折射率材料,设计了355nm的紫外高反射吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了355nm的吸收薄膜,对于A=5%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,95.0%和4.9%;对于A=12%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,87.4%和12.5%。实验结果表明,采用离子束溅射沉积技术,可以实现不同吸收率的355nm高反射吸收薄膜的制备,对于基于光热偏转测量技术的紫外光学薄膜弱吸收测量仪的定标具有重要的意义。     

类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜的研制

设计并制备了工作波长为4.48 nm类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜。选择C r/C、C r/Sc为多层膜材料对,模拟了多层膜非理想界面对多层膜反射率的影响。采用直流磁控溅射技术在超光滑硅基片上制备了C r/C、C r/Sc多层膜。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国Bessy II同步辐射上测量了多层膜的反射率,C r/C,C r/Sc多层膜峰值反射率分别为7.50%,6.12%。     

不同溅射气压制备W/Si多层膜的实时应力研究

研究了不同溅射气压条件下磁控溅射制备W/Si多层膜过程中的应力变化,使用X射线衍射仪测量了多层膜的结构,使用实时应力测量装置研究W/Si多层膜沉积过程中的应力演变。结果表明,在溅射气压从0.05Pa增加到1.10Pa的过程中,薄膜沉积过程中产生的压应力不断减小并最终过渡为张应力,应力值在溅射气压为0.60Pa时最小,研究结果对减小膜层应力具有指导意义。