[發明專利]氮氣反應濺射制備CoCr/Sb極紫外多層膜人工晶體單色器及制作方法

有效

• 申請號: 201610111320.3
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105698929B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 朱京濤;朱圣明;金長利;朱運平
• 申請（專利權）人: 蘇州宏策光電科技有限公司
• 主分類號: G01J3/26
• 分類號: G01J3/26
• 代理公司: 北京華識知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強

本發明涉及一種合金CoCr和金屬Sb作為膜層材料的極紫外多層膜人工晶體單色器及其制作方法，在超光滑的硅片或玻璃基底上鍍制打底層，再交替鍍制CoCr、Sb膜層形成CoCr/Sb周期多層膜人工晶體，然后在周期多層膜人工晶體上鍍制C或B₄C作為保護層。CoCr，Sb材料在極紫外波段的光學常數合適，CoCr/Sb多層膜人工晶體單色器有優異的光學性能。本發明精確控制CoCr與Sb的膜層厚度比，通過在工作氣體中添入氮氣減小了多層膜人工晶體的界面粗糙度阻止了膜層之間的相互擴散。利用氮氣反應濺射制備的CoCr/Sb多層膜人工晶體單色器適用于熒光檢測、等離子體診斷等極紫外波段的應用。

技術領域

本發明屬于精密光學元件制作領域，尤其是涉及一種應用于極紫外波段的以Sb為間隔層，CoCr為反射層的多層膜人工晶體單色器及其制作方法。

背景技術

在電磁波譜中，極紫外波段是處于真空紫外與軟X射線之間，波長介于幾納米至幾十納米的一個特殊波段。在極紫外波段，所有材料的折射率都接近1，這便意味著光在介質中幾乎不發生折射現象。并且存在強烈的吸收，使得單層薄膜的正入射反射率很低，在10^-4量級，無法滿足實用需求。這是把傳統的光學系統推進到極紫外波段的主要困難所在。缺少高性能的光學元件，因而也嚴重阻止了極紫外光學的發展。

在水窗(λ＝2.3～4.4nm)波段,水(其中的氧)基本上是透明的,而碳(生命物質中大部分組成元素)卻有很強的吸收。用該波段作為信息載體,可以在很好對比度條件下對生物樣品全息照相，對活體細胞顯微成像，也可作為等離子體診斷的光源。在水窗波段,任何單層膜的正入射反射率都非常低,只能采用多層膜人工晶體反射元件。選取在該波段吸收較小的材料，通過高折射率和低折射率材料交替鍍制，提高膜層對數，可有效的提高反射率。Sb的M5吸收邊在2.36nm，圍繞該波長進行材料選擇，CoCr和Sb是在該波長處理想的材料組合。然而，在薄膜生長過程中，膜層間存在相互擴散滲透，因此增加了膜層間的粗糙度，多層膜人工晶體界面粗糙度對光學性能影響至關重要，粗糙度較大會增大對光的散射，減小反射率。在之前的研究中發現，CoCr和Sb兩種材料容易發生反應形成化合物，膜層擴散嚴重，嚴重影響成膜質量。因此本專利中，通過氮氣反應濺射，在薄膜鍍制過程中添加反應氣體氮氣，通過與界面處材料的作用形成氮化物，阻止了界面之間的擴散，可以改善成膜質量。因此，在對界面要求較高的水窗波段乃至高能的X射線多層膜人工晶體，引入氮氣反應濺射工藝具有重要意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有的多層膜人工晶體成膜質量較差等缺陷而提出的一種采用氮氣反應濺射工藝制備多層膜人工晶體，以金屬CoCr作為吸收層，Sb做為間隔層并精確控制CoCr與Sb厚度比以提高其成膜質量和反射率的多層膜人工晶體單色器及其制作方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

CoCr/Sb極紫外多層膜人工晶體單色器，該單色器由基底、打底層、CoCr/Sb周期多層膜人工晶體以及保護層構成。

所述的基底為超光滑單晶硅片(晶向為(100))或玻璃。

所述的打底層鍍制在基底上，材料為金屬Cr，厚度為5-10納米。

所述的CoCr/Sb周期多層膜人工晶體鍍制在打底層上，總厚度為200-400納米，周期數為50-100，CoCr層厚度與Sb層厚度之比為1:1。

所述的保護層鍍制在CoCr/Sb周期多層膜人工晶體上，材料為C或B₄C，厚度為2-5納米。

CoCr/Sb極紫外多層膜人工晶體的制作方法，該方法包括以下步驟：

1)在超光滑單晶硅片(晶向為(100))或玻璃基底上鍍制厚度為5-10納米的Cr膜層作為打底層；