用X射线反射测量法表征双层结构中 低原子序数材料的特性

介绍了用X射线反射测量术表征双层薄膜中低原子序数材料特性的方法。由于低原子序数材料的光学常数与Si基板材料的光学常数非常接近,用X射线反射法确定镀制在Si基板上的低原子序数材料膜层结构的变化十分困难,因此,提出了在镀制低原子序数材料前,首先在基板上镀制一层非常薄的金属层的方法。实验中,选用Cr作为金属层材料,制备并测试了三种不同C膜镀制时间的Cr/C双层薄膜。反射率曲线拟合结果表明,C膜密度约为2.25 g/cm³,沉积速率为0.058 nm/s。     

软X射线共振反射方法表征Sc/Si多层膜界面化合物成分的计算研究

Sc/Si周期多层膜是极紫外波段的重要材料,但膜层界面处材料原子间的扩散与化合反应严重影响了多层膜反射率。为了无损表征多层膜界面化合物的成分,利用软X射线共振反射的方法,研究了Sc/Si多层膜界面化合物成分。在Si的L吸收边附近,计算了不同周期厚度以及不同界面硅化物成分的Sc/Si多层膜的共振反射率。结果表明,界面硅化物成分不同的膜系在Si的L边处的反射率有明显差异,并且反射率随着膜层中Si化合反应的消耗而降低,证实了软X射线共振反射方法在亚纳米尺度下对化合物的成分进行无损分析的可行性,为后续的实验研究提供参考。     

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%.     

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 %。     

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%。     

极紫外宽带Mo/Si非周期多层膜偏振光学元件

研究了极紫外宽带多层膜偏振光学元件,包括反射式检偏器与透射式相移片。基于Mo/Si非周期多层膜结构,采用解析与数值优化相结合的方法进行了多层膜的设计;采用磁控溅射技术制备了多层膜。利用X射线衍射仪对非周期多层膜的结构进行了表征,利用德国BESSY-II同步辐射实验室的偏振测量仪对多层膜的偏振特性进行了测试。测量结果表明,在13~19 nm波段,s偏振分量的反射率高于15％;在15~17 nm波段,获得了37％的反射率。宽带多层膜同样可作为宽角偏振光学元件,在13.8~15.5 nm波段,宽带透射相移片的平均相移为41.7°。采用所研制的宽带多层膜相移片与检偏器,建立了宽带偏振分析系统,并对BESSY-II的UE56/1 PGM1光束线的偏振特性进行了系统研究。这种宽带多层膜偏振光学元件可以极大地简化极紫外偏振测量。     

eXTP望远镜用W/Si多层膜

针对增强型X射线时变与偏振探测卫星(eXTP)项目中嵌套式聚焦成像望远镜对柱面镜片上W/Si多层膜的要求,在掠入射角为0.5°,工作波段为1~30keV条件下,设计了非周期W/Si多层膜并优化了薄膜制备工艺。首先,利用分隔板和掩模板对溅射粒子进行准直,同时优化了本底真空度和溅射工作气压,提升了薄膜的成膜质量;然后,通过调整分隔板间距和公转速率提升了在柱面基底上薄膜的沉积均匀性;最后,利用幂指数算法设计了非周期多层膜,并在北京同步辐射光源上进行了多能点反射率测试,得到了与理论设计基本吻合的测试结果。基于优化的制备工艺制备了周期数为80,周期为3.8nm和W膜层厚度占比为0.47的W/Si周期多层膜,其界面粗糙度仅为0.29nm,柱面镜薄膜厚度误差可控制在3%以内,基本满足了eXTP项目中嵌套式掠入射望远镜镜片用多层膜对于成膜质量、沉积厚度均匀性和能谱响应宽度的需求。     

Fe/Si3N4复合多层膜的制备及其电磁性能

多层膜结构隐身材料因其特有的结构具有非常好的吸波性能，在隐身领域有很大的应用前景。用磁控溅射方法制备了Fe／Si3N4复合多层膜，利用SEM分析了其微观形貌，测试了其电磁参数，然后与传统吸波材料羰基铁粉比较了低频下的电磁参数。结果表明，Fe／Si3N4复合多层膜的低频吸波性能优越。     

W/B4C、W/C、W/Si多层膜的研究

给出了W/B₄C、W/C、W/Si(钨/碳化硼、钨/碳、钨/硅)周期多层膜的制备和测量研究。用超高真空直流磁控溅射方法制备出周期在1.1~7.2 nm范围内的多层膜样品,采用X射线衍射仪(XRD)小角度测量方法检测多层膜的光学性能,并用透射电镜(TEM)对样品的微观结构进行了研究。结果表明:周期大于1.3 nm的多层膜样品的结构质量高,膜层结构清晰,界面粗糙度小;周期为1.15 nm的多层膜的膜层结构不是很明显;所有膜层均为非晶态,没有晶相生成。结果还表明:采用目前的溅射设备和工艺过程能够制备出满足同步辐射荧光光束线上单色器用多层膜。     

改进型量子进化算法在宽带EUV多层膜设计中的应用

为提高基于量子进化算法(QEA)在宽带极紫外(EUV)多层膜设计中的求解效率和精度,本文利用宽带多层膜的光学性能评价函数的梯度信息改进QEA,建立具有明确进化方向的适用于宽带EUV多层膜设计的改进型量子进化算法(IQEA)。对比分析了基于IQEA和QEA的宽带Mo/Si多层膜的膜系设计过程和结果,结果表明,基于IQEA的多层膜膜系设计理论方法具有更优越的求解效率和精度;同时,IQEA同样可以小种群规模进行多参数优化。基于IQEA的宽带Mo/Si多层膜的设计理论实现了包括入射角为0°~18°,反射率达50%的宽角度多层膜,以及反射光谱带宽为13~15nm,反射率达25%的宽光谱多层膜的设计。基于IQEA的宽带高反射率EUV多层膜的理论膜系设计方法为复杂多层膜的理论设计提供了一种可供选择的高效膜系设计方法。     

28.4nm和30.4nm波段的C/Si多层膜

对于宇宙的探讨,特别是对太阳大气层的研究,需要用Ｘ射线、极紫外及远紫外波段望远镜来观测。我们报道了一种新的材料组合Ｃ／Ｓｉ用于２８．４ｎｍ（４３．６５ｅＶ）和３０．４ｎｍ （４０．７８ｅＶ）波段的多层膜反射镜,并且用离子束溅射装置制备了正入射条件下的Ｃ／Ｓｉ多层膜反射镜。同时,我们用软Ｘ射线反射计测量了其反射率,在正入射条件下测得最大反射率达１４％ （３０．４ｎｍ ）。     

一种设计真空紫外高反膜的新方法

在真空紫外强吸收波段采用"逐层"(LBL)设计法。通过阐述"逐层"设计的理论基础和膜材选择的基本原则,运用MatLab软件,用解析加复平面作图法设计了对应于50～200nm波段的高反膜系。以熔融石英基底上硅、碳组成的膜系为例,用这种设计方法获得的平均反射率最高可达64%。对比常规周期多层膜,这种设计法可以明显地提高强吸收波段的反射率。     

Thermal Diffusion of Si Atoms at the Interface of Mo／Si Bilayers Studied with a Soft X-ray Emission Microscope

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈａｌａｙｅｒｓｔｒｕｃ ｔｕｒｅｓｕｃｈａｓｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ,ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｃｏａｔｉｎｇｓ,ａｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｓｉｓｄｅｐｅｎｄｅｎｔｕｐｏｎｔｈｅｑｕａｌｉ ｔｙｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎａｄｊａｃｅｎｔｌａｙｅｒｓ.Ｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｉｒｐｒａｃｔｉｃａｌｕｓａｇｅ,ｔｈｅｒｍａｌｓｔａ ｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｓ…     

High-pressure in situ density measurement of low-Z noncrystalline materials with a diamond-anvil cell by an x-ray absorption method

We have developed techniques for high-pressure in situ density measurement of low-Z noncrystalline materials with a diamond-anvil cell (DAC) by an x-ray absorption method. In DAC experiments, accurate determination of the sample thickness is difficult. Moreover, since the sample in a DAC is thin and the interaction between low-Z materials and x rays is small, not the sample but the anvils absorb most of x rays. This makes the measurement quite difficult. We have overcome such difficulties and have successfully measured the density of SiO2 glass, a low-Z noncrystalline material, as a function of pressure up to 35 GPa.