專利名稱：Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密光學元件制作領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于極紫外波段的以Mg為間隔層的三種材料的寬帶多層膜反射鏡及其制作方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)瑞利判據(jù)，能分辨兩個等亮度點間的距離對應(yīng)的愛里斑的半徑，即一個點的衍射圖樣中心與另一點的衍射圖樣的第一暗環(huán)重合時，恰好兩個點能分辨開的界限。即對于尺寸固定了的光學系統(tǒng)，工作波長越小，系統(tǒng)分辨細小物體的本領(lǐng)越強。因此，工作在極紫外波段的光學儀器和系統(tǒng)，能觀察到更加微小的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，分辨出更精細的物質(zhì)狀態(tài)。而在極紫外波段，各種材料均存在吸收且折射率接近I，折射式光學系統(tǒng)不適用，采用多層膜反射鏡作為基本元件的近正入射反射系統(tǒng)是最常見的有效的系統(tǒng)。由于Mg的L吸收邊在25nm，Mg是25-40納米波段理想的間隔層材料，現(xiàn)有的Mg/SiC，Mg/Y203和Mg/Co等Mg基多層膜反射鏡，實測的近正入射反射率達40%以上，展示出了優(yōu)異的反射性能。然而，Mg基多層膜反射元件的有效帶寬(半峰全寬)較窄，在I. 7納米之下，不能滿足極紫外光學的中的一些特殊應(yīng)用對寬帶反射率的需求。本發(fā)明針對這一需求，制作的多層膜結(jié)構(gòu)的反射鏡在極紫外波段同時兼顧反射率和有效帶寬兩方面的光學性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種克服上述現(xiàn)有的Mg基多層膜帶寬過窄的問題而提出的采用陶瓷材料SiC作為第一吸收層，金屬Mo作為第二吸收層的新型Mg基多層膜反射鏡及其制作方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，其特征在于，該反射鏡由硅片或玻璃基底、打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜構(gòu)成，所述的Mg/Mo/SiC周期多層膜由多層厚度恒定的Mg膜、Mo膜及SiC膜周期排列組成。所述的硅片為超光滑的晶向為(100)的單晶硅片。所述的打底層鍍制在基底上，打底層為厚度2-3納米的SiC。所述的Mg/Mo/SiC周期多層膜鍍制在打底層上，每個周期自下而上鍍制的第一層為Mg膜層，第二層為Mo膜層，最后一層為SiC膜層，周期數(shù)為30-40，Mg/Mo/SiC多層膜總厚度為450-640納米。所述的Mg膜層的厚度為9-11納米；Mo膜層的厚度為1-1. 5納米；SiC膜層的厚度為3-4. 5納米。Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟I)在超光滑的硅片或玻璃基底上鍍制厚度為2-3納米的SiC作為打底層；2)在SiC的打底層上鍍制Mg/Mo/SiC周期多層膜，鍍制每個周期時，鍍制順序依次為Mg，Mo, SiC，完成30-40周期的鍍制，即可得到Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡。
所述的打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜均采用直流磁控濺射方法進行鍍制。所述的打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜所采用的Mg靶、Mo靶和SiC靶的材料純度分別為 99. 95%,99. 5%,99. 5%0鍍制打底層前基底本底的真空度優(yōu)于8E-5帕斯卡。所述的打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜在鍍制過程中采用的工作氣體為氬氣，純度為99. 999%，鍍制過程中工作氣壓恒為O. 13帕斯卡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡引入了金屬Mo作為第二種吸收層，增加了每個周期的反射界面，減少了反射飽和所需的多層膜周期數(shù)，最終極大 地展寬了 Mg/SiC多層膜的有效帶寬。對于傳統(tǒng)的Mg/SiC周期多層膜，兩種材料的吸收較小，達到反射率飽和所需要的膜對數(shù)(多層膜周期數(shù))較大，根據(jù)光學的原理，在膜對數(shù)達到飽和值之前，多層膜反射鏡的反射率和膜對數(shù)的平方成正比，而有效的帶寬則與膜對數(shù)成反比。高的反射率和寬的帶寬兩者相互制約，使得Mg/SiC多層膜不能同時兼顧優(yōu)異的反射率和較寬的帶寬兩方面的性能。其他的Mg基多層膜存在著同樣的難題，為獲得比較理想的有效帶寬，需要犧牲反射率為代價。而新型的Mg/Mo/SiC多層膜則巧妙地解決了該問題，通過引入第三種材料Mo，增加了單個周期反射界面來提高反射率，減小達到反射飽和所需要的周期數(shù)，從而展寬了帶寬，使得有效帶寬從Mg/SiC的I. 6-1. 7nm展寬到Mg/Mo/SiC的
3.Inm,顯著增加近一倍。此外，Mo的光學常數(shù)在25_40nm的極紫外波段合適，與Mg，SiC的光學常數(shù)組合能獲得比較理想的反射率，Mg/Mo/SiC多層膜反射鏡，展寬了有效帶寬的同時保持了 Mg/SiC多層膜反射鏡高反射率的優(yōu)點。


圖I為包括Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的工作示意圖。圖中，I為Si片或玻璃基底、2為SiC打底層、3為Mg/Mo/SiC周期多層膜中的Mg膜層、4為Mg/Mo/SiC周期多層膜中的Mo膜層、5為Mg/Mo/SiC周期多層膜中的SiC膜層、6為Mg/Mo/SiC周期多層膜、7為入射光、8為反射光。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例IMg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，如圖I所示，首先選用超光滑的單晶硅片(晶向為(100))或玻璃作為反射鏡的基底1，基底粗糙度為0. 3-0. 5納米。然后在基底上鍍制厚度為2-3納米的SiC膜層作為打底層2。再在打底層2上依次重復鍍制Mg膜層3，Mo膜層4和SiC膜層5以形成Mg/Mo/SiC周期多層膜6，周期數(shù)為30-40，Mg的厚度與周期厚度之比為0. 7-0. 8,Mo膜層與周期厚度之比為0. 07-0. I。周期多層膜6中每個周期所鍍制的第一層均為Mg層，第二層為Mo層，最后一層為SiC層，完成30-40個周期的鍍制后即可得到性能優(yōu)異的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡。膜層的鍍制均采用直流磁控濺射法，模式為恒功率式，鍍制過程中采用的工作氣體為氬氣，工作氣壓保持為0. 13帕斯卡，膜層鍍制前本底真空優(yōu)于8E-5帕斯卡，鍍制打底層、周期多層膜和保護層所采用的靶材的純度分別為 Mg (99. 95% ),Mo (99. 5% )，SiC(99. 5% )。圖2是Mg/Mo/SiC極紫外多層膜工作中的示意圖，入射光7經(jīng)過Mg/Mo/SiC周期多層膜6，打底層2，在每個界面上均發(fā)生反射，出射反射光8。Mo的引入使得每個周期反射次數(shù)增加，反射飽和所需的總的周期數(shù)下降，有效地展寬了帶寬，同時Mo的光學常數(shù)合適，Mg/Mo/SiC反射鏡能獲得比較高的反射率，兼顧了高反射率和寬帶寬兩方面的性能，Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡展示出了優(yōu)異的光學性能。實施例2 Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，該反射鏡由晶向為(100)的硅片作為基底、打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜構(gòu)成，打底層為厚度2納米的SiC，鍍制在基底上，Mg/Mo/SiC周期多層膜鍍制在打底層上，每個周期自下而上鍍制的第一層為Mg膜層，第二層為Mo膜層，最后一層為SiC膜層，周期數(shù)為30，Mg/Mo/SiC多層膜總厚度為450納米，其中，Mg膜層的厚度為9納米，Mo膜層的厚度為I納米；SiC膜層的厚度為3納米。Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，包括以下步驟I)在超光滑，晶向為(100)的硅片或玻璃基底上鍍制厚度為2納米的SiC作為打底層；2)在SiC的打底層上鍍制Mg/Mo/SiC周期多層膜，鍍制每個周期時，鍍制順序依次為Mg，Mo, SiC,完成30個周期的鍍制，即可得到Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜均采用直流磁控濺射方法進行鍍制，采用的Mg靶、Mo靶和SiC靶的材料純度分別為99. 95%,99.5%,99.5%,鍍制打底層前基底本底的真空度優(yōu)于8E-5帕斯卡，打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜在鍍制過程中采用的工作氣體為氬氣，純度為99. 999%，鍍制過程中工作氣壓恒為0. 13帕斯卡。實施例3Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，該反射鏡由玻璃基底、打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜構(gòu)成，打底層為厚度3納米的SiC，鍍制在基底上，Mg/Mo/SiC周期多層膜鍍制在打底層上，每個周期自下而上鍍制的第一層為Mg膜層，第二層為Mo膜層，最后一層為SiC膜層，周期數(shù)為40，Mg/Mo/SiC多層膜總厚度為640納米，其中，Mg膜層的厚度為11納米，Mo膜層的厚度為I. 5納米；SiC膜層的厚度為4. 5納米。Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，包括以下步驟I)在超光滑，晶向為(100)的硅片或玻璃基底上鍍制厚度為3納米的SiC作為打底層；2)在SiC的打底層上鍍制Mg/Mo/SiC周期多層膜，鍍制每個周期時，鍍制順序依次為Mg，Mo, SiC,完成40個周期的鍍制，即可得到Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜均采用直流磁控濺射方法進行鍍制，采用的Mg靶、Mo靶和SiC靶的材料純度分別為99. 95%,99.5%,99.5%,鍍制打底層前基底本底的真空度優(yōu)于8E-5帕斯卡，打底層及Mg/Mo/SiC周期多層膜在鍍制過程中采用的工作氣體為氬氣，純度為99. 999%，鍍制過程中工作氣壓恒為0. 13帕斯卡。本申請并不局限于本發(fā)明詳細記載的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對此作出各種變形或修改。但是這些變形或修改只要不背離本發(fā)明的精神和意圖，仍在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，其特征在于，該反射鏡由硅片或玻璃的基底(I)、打底層(2)及Mg/Mo/SiC周期多層膜(6)構(gòu)成，所述的Mg/Mo/SiC周期多層膜(6)由多層厚度恒定的Mg膜(3)、Mo膜(4)及SiC膜(5)周期排列組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，其特征在于，所述的硅片為超光滑的晶向為(100)的單晶硅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，其特征在于，所述的打底層(2)鍍制在基底(I)上，打底層(2)為厚度2-3納米的SiC。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，其特征在于，所述的Mg/Mo/SiC周期多層膜(6)鍍制在打底層(2)上，每個周期自下而上鍍制的第一層為Mg膜層，第二層為Mo膜層，最后一層為SiC膜層，周期數(shù)為30-40，Mg/Mo/SiC多層膜總厚度為450-640 納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡，其特征在于，所述的Mg膜層⑶的厚度為9-11納米Mo膜層(4)的厚度為1-1. 5納米；SiC膜層(5)的厚度為3-4. 5納米。
6.如權(quán)利要求I所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)在超光滑的硅片或玻璃基底(I)上鍍制厚度為2-3納米的SiC作為打底層(2); 2)在SiC的打底層(2)上鍍制Mg/Mo/SiC周期多層膜(6)，鍍制每個周期時，鍍制順序依次為Mg，Mo, SiC,完成30-40周期的鍍制，即可得到Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，其特征在于，所述的打底層(2)及Mg/Mo/SiC周期多層膜(6)均采用直流磁控濺射方法進行鍍制。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，其特征在于，所述的打底層⑵及Mg/Mo/SiC周期多層膜(6)所采用的Mg靶、Mo靶和SiC靶的材料純度分別為 99. 95%,99. 5%,99. 5%0
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，其特征在于，在鍍制打底層(2)前基底(I)本底的真空度優(yōu)于8E-5帕斯卡。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡的制作方法，其特征在于，所述的打底層(2)及Mg/Mo/SiC周期多層膜(6)在鍍制過程中采用的工作氣體為氬氣，純度為99. 999%，鍍制過程中工作氣壓恒為0. 13帕斯卡。
全文摘要
本發(fā)明涉及Mg/Mo/SiC極紫外多層膜反射鏡及其制作方法，在超光滑的硅片或玻璃基底上鍍制打底層，再交替鍍制Mg、Mo和SiC膜層形成Mg/Mo/SiC周期多層膜，最后鍍制SiC作為保護層即可。本發(fā)明采用熔點高、相態(tài)穩(wěn)定的金屬Mo加入到多層膜Mg/SiC中，制作出的三種材料的極紫外多層膜反射鏡，克服了Mg/SiC等傳統(tǒng)的Mg基多層膜帶寬窄的缺點，同時，在極紫外波段Mo的光學常數(shù)合適，Mg/Mo/SiC多層膜反射鏡保持了Mg基多層膜反射鏡高的反射率。因此，Mg/Mo/SiC多層膜反射鏡同時兼顧了反射率和工作帶寬兩方面的光學性能，特別適用于同步輻射光源、超快激光和空間觀測等領(lǐng)域等極紫外波段應(yīng)用。
文檔編號G02B1/10GK102955185SQ20111025066
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者朱京濤, 周斯卡, 李浩川, 王占山 申請人:同濟大學