氮气反应溅射制备CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体单色器及制作方法

摘要

本发明涉及一种合金CoCr和金属Ti作为膜层材料的极紫外多层膜人工晶体单色器及其制作方法，在超光滑的硅片或玻璃基底上镀制打底层，再交替镀制CoCr、Ti膜层形成CoCr/Ti周期多层膜人工晶体，然后在周期多层膜人工晶体上镀制C或B

说明书

技术领域

本发明属于精密光学元件制作领域，尤其是涉及一种应用于极 紫外波段的以Ti为间隔层，CoCr为反射层的多层膜人工晶体单色 器及其制作方法。

背景技术

在电磁波谱中，极紫外波段是处于真空紫外与软X射线之间， 波长介于几纳米至几十纳米的一个特殊波段。在极紫外波段，所有 材料的折射率都接近1，这便意味着光在介质中几乎不发生折射现 象。并且存在强烈的吸收，使得单层薄膜的正入射反射率很低，在 10^-4量级，无法满足实用需求。这是把传统的光学系统推进到极紫 外波段的主要困难所在。缺少高性能的光学元件，因而也严重阻止 了极紫外光学的发展。

在水窗(λ＝2.3～4.4nm)波段,水(其中的氧)基本上是透 明的,而碳(生命物质中大部分组成元素)却有很强的吸收。用该 波段作为信息载体,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，也可作为等离子体诊断的光源。在水窗波段, 任何单层膜的正入射反射率都非常低,只能采用多层膜人工晶体反 射元件。选取在该波段吸收较小的材料，通过高折射率和低折射率 材料交替镀制，提高膜层对数，可有效的提高反射率。Ti的L吸收 边在2.74nm，围绕该波长进行材料选择，CoCr和Ti是在该波长处 理想的材料组合。然而，在薄膜生长过程中，膜层间存在相互扩散 渗透，因此增加了膜层间的粗糙度，多层膜人工晶体界面粗糙度对 光学性能影响至关重要，粗糙度较大会增大对光的散射，减小反射 率。在之前的研究中发现，CoCr和Ti两种材料成膜质量较差。因 此本专利中，通过氮气反应溅射，在薄膜镀制过程中添加反应气体 氮气，可以改善成膜质量。因此，在对界面要求较高的水窗波段乃 至高能的X射线多层膜人工晶体，引入氮气反应溅射工艺具有重要 意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有的多层膜人工晶体成膜质 量较差等缺陷而提出的一种采用氮气反应溅射工艺制备多层膜人工 晶体，以金属CoCr作为吸收层，Ti做为间隔层并精确控制CoCr与 Ti厚度比提高其成膜质量和反射率的多层膜人工晶体单色器及其制 作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体单色器，该单色器由基底、打 底层、CoCr/Ti周期多层膜人工晶体以及保护层构成。

所述的基底为超光滑单晶硅片(晶向为(100))或玻璃。

所述的打底层镀制在基底上，材料为金属Cr，厚度为5-10纳 米。

所述的CoCr/Ti周期多层膜人工晶体镀制在打底层上，总厚度 为200-400纳米，周期数为50-100，CoCr层厚度与Ti层厚度之比 为1:1。

所述的保护层镀制在CoCr/Ti周期多层膜人工晶体上，材料为 C或B₄C，厚度为2-5纳米。

CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体的制作方法，该方法包括以下 步骤：

1)在超光滑单晶硅片(晶向为(100))或玻璃基底上镀制厚 度为5-10纳米的Cr膜层作为打底层；

2)在打底层上镀制周期数为50-100的CoCr/Ti周期多层膜人 工晶体，总厚度为200-400纳米，镀制的第一层为CoCr膜层，厚度 1-5nm；最后一层为Ti膜，厚度1-5nm。CoCr层与Ti层的厚度比控 制在1:1。

3)在CoCr/Ti周期多层膜人工晶体上镀制2-5纳米厚的C或 B₄C膜层作为保护层即可得到CoCr/Ti多层膜人工晶体单色器；

步骤1)-步骤3)中所述的镀制打底层、CoCr/Ti周期多层膜 人工晶体和保护层均采用直流磁控溅射方法，模式为恒功率溅射， 工作气压为2毫托。

步骤1)-3)中所述的镀制打底层、CoCr/Ti周期多层膜人工晶 体和保护层采用的靶材纯度为CoCr(99.5％)，Ti(99.5％)，B₄C(99.5％)。

步骤2)中所述的镀制打底层前本底真空度为8E-5帕斯卡。

与现有的CoCr/Ti多层膜人工晶体相比，氮气反应溅射制备的 CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体减小了单色器界面粗糙度并有效的 阻止了膜层间的相互扩散，提高多层膜人工晶体反射率。

附图说明

图1为包括CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体单色器的结构示意 图；

图2为CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体单色器的工作示意图。

图中1为基底、2为Cr打底层、3为CoCr/Ti周期多层膜人工 晶体中的CoCr膜层、4为CoCr/Ti周期多层膜人工晶体中的Ti膜 层、5为CoCr/Ti周期多层膜人工晶体，6为C或B₄C保护层，7为 入射光，8为反射光。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体单色器的制作方法，如图1所 示，首先选用单晶硅片(晶向为(100))或玻璃作为单色器的基底 1，基底粗糙度为0.2-0.5纳米。然后在基底上镀制厚度为5-10纳 米的Cr膜层作为打底层2。再在打底层2上交替镀制CoCr膜层 3和Ti膜层4以形成CoCr/Ti周期多层膜人工晶体5，周期数为 50-100，CoCr的厚度与Ti厚度之比为1:1，周期多层膜人工晶体 5中所镀制的第一层为CoCr层，厚度约1-5nm，最后一层为Ti层， 厚度约为1-5nm。最后在周期多层膜人工晶体上镀制厚度为2-5纳 米的C或B₄C层作为保护层6，即可得到性能优异的CoCr/Ti极紫 外多层膜人工晶体单色器。膜层的镀制均采用直流磁控溅射法，模 式为恒功率式，工作气压为2毫托，膜层镀制前本底真空优于8E- 5帕斯卡，镀制打底层、周期多层膜人工晶体和保护层所采用的靶 材的纯度为CoCr(99.5％)，Ti(99.5％)，B₄C(99.5％)。

图2是CoCr/Ti极紫外多层膜人工晶体工作中的示意图，入射 光7通过保护层6，CoCr/Ti周期多层膜人工晶体5，打底层2，在 每个界面上均发生反射，出射反射光8。CoCr与Ti的光学常数合适， 同时保护层C或B₄C的吸收比较小，单色器能获得比较高的反射率， 展示出优良的光学性能。另一方面，氮气反应溅射阻止了Ti和 CoCr膜层的相互扩散，降低了界面粗糙度，减小了入射光在膜层间 的散射，提高了反射率。

本申请并不局限于本发明详细记载的实施例，本领域技术人员 可以对此作出各种变形或修改。但是这些变形或修改只要不背离本 发明的精神和意图，仍在本发明的保护范围之内。