氮气反应溅射制备Co/Sb多层膜研究

岳帅鹏+朱京涛+涂昱淳+张一志

摘要： 针对“水窗”波段（280～540 eV）对多层膜反射镜的应用需求，在Sb的M5吸收边（525.5 eV）附近，选择Co和Sb作为该能点的多层膜材料组合，优化设计膜系结构。采用直流磁控溅射方法制备了Co/Sb多层膜，通过在溅射气体氩气中引入氮气作为反应气体，多层膜界面粗糙度明显减小。利用X射线掠入射反射（GIXRR）测试多层膜结构，并在北京BSRF同步辐射3W1B实验站测量了反应溅射前后的多层膜反射率（SXR），结果表明：氮气含量为25%时的界面粗糙度最小，反射率从无反应溅射的7.2%提高到11.7%。

关键词： 反应溅射； 多层膜； 同步辐射； Co/Sb

中图分类号： O 484.1文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.018

引言在电磁波谱中，软X射线波段介于极紫外和硬X射线之间，光子能量处于几百至几千电子伏特，是非常特殊和重要的波段。在该波段，所有材料的折射率都近似等于1，而且都存在一定的吸收，这意味着光在介质中几乎不发生折射现象。其中的“水窗”（E=280～540 eV）波段尤为重要，水（其中的氧）基本上是透明的，而碳（生命物质中大部分组成元素）却有很强的吸收[1]。用该波段的软X射线作为信息载体，可以在很好对比度条件下对生物样品全息照相，对活体细胞显微成像[2]，也可作为等离子体诊断的光源[34]。然而，在水窗波段，任何单层膜的正入射反射率都非常低，通过菲涅耳公式计算反射率仅在10-4量级，显然不能满足反射式光学元件的需求。为提高软X射线波段光学薄膜的正入射反射率，Spiller提出，由间隔层和吸收层交替组成的多层膜结构，利用多个膜层上反射光的相干叠加，能提高极紫外与软X射线波段的正入射反射率[5]，极大地推动了多层膜反射镜向短波的发展。……