氮气反应溅射制备CoCr/Sb极紫外多层膜人工晶体单色器及制作方法与流程

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Sb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。Sb的M5吸收边在2.36nm，围绕该波长进行材料选择，CoCr和Sb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Sb两种材料容易发生反应形成化合物，膜层扩散严重，严重影响成膜质量。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，通过与界面处材料的作用形成氮化物，阻止了界面之间的扩散，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。

技术实现要素：

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，Sb做为间隔层并精确控制CoCr与Sb厚度比以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/Sb极紫外多层膜人工晶体单色器，该单色器由基底、打底层、CoCr/Sb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/Sb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Sb层厚度之比为1:1。

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

CoCr/Sb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/Sb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Sb膜，厚度1-5nm。CoCr层与Sb层的厚度比控制在1:1。

3)在CoCr/Sb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/Sb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/Sb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/Sb周期多层膜人工晶体和保护层采用的靶材纯度为CoCr(99.5％)，Sb(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/Sb多层膜人工晶体相比，氮气反应溅射制备的CoCr/Sb极紫外多层膜人工晶体有效的阻止了膜层间的相互扩散，降低了界面粗糙度，提高多层膜人工晶体反射率。

附图说明

图1为包括CoCr/Sb极紫外多层膜人工晶体单色器的结构示意图；

图2为CoCr/Sb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/Sb周期多层膜人工晶体中的CoCr膜层、4为CoCr/Sb周期多层膜人工晶体中的Sb膜层、5为CoCr/Sb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/Sb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Sb膜层4以形成CoCr/Sb周期多层膜人工晶体5，周期数为50-100，CoCr的厚度与Sb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Sb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/Sb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％)，Sb(99.5％)，B4C(99.5％)。

图2是CoCr/Sb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/Sb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Sb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Sb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。