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Ti/Al和Ti/SiO_2/Al/SiO_2软X射线光学多层膜的结构与热稳定性研究

田维  
【摘要】: 基于Parratt循环光学理论和软X射线光学多层膜的选材原则,设计了应用在18 nm附近的Ti/Al软X射线光学多层膜(Λ=9.25 nm,Γ=0.3,N=20)。用磁控溅射法制备了溅射气压为0.5 Pa和2.0 Pa的Ti/Al多层膜,并对它们的结构和热稳定性进行了研究。 Ti/Al多层膜的结构和热稳定性是溅射气压的函数,低溅射气压(0.5 Pa)下制备的多层膜具有相对高质量、有序的结晶层,具有相对较小的表面粗糙度,热稳定性好;高溅射气压(2.0 Pa)下制备的多层膜调制周期性差,晶向较为无序,表面粗糙度较大,热稳定性差。 对溅射气压为0.5 Pa的Ti/Al多层膜的结构和热稳定性进行了系统研究,发现制备态多层膜界面锐利而平坦,表面粗糙度小。Ti和Al层都是强织构多晶结构,择优取向为Ti(002)和Al(111),并且Ti/Al和Al/Ti界面厚度不对称。当退火温度为290 oC时,多层膜的层间横向相关性得到改善,表面粗糙度减小。超晶格结构可以维持到320 oC左右。320 oC时界面处有非晶合金相生成,根据有效生成焓理论,预测生成的合金相为TiAl3。当温度上升至380 oC时,多层膜的表面粗糙度增大,调制结构遭到破坏。在290°C以下、350°C以上周期的快速收缩和在290~350°C温度范围内周期变化的阶段性饱和现象是层间扩散和反应共同作用的结果。 为提高Ti/Al多层膜的热稳定性,用直流磁控溅射法和射频溅射法制备了Ti/SiO2(2.0 nm)/Al/SiO2(2.0 nm)软X射线光学多层膜。虽然由于多层膜中非晶的Ti、Al和SiO2容易相互扩散,而导致其横向相关性和表面平整度都不如Ti/Al多层膜。但是多层膜的调制周期性和表面粗糙度在300 oC左右得到改善,而且多层膜的结构热稳定性也提高到590 oC。当退火温度达到420 oC,周期膨胀趋于饱和。层间嵌入SiO2是改善Ti/Al多层膜结构热稳定性的有效方法。


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