共濺射Mo₂C/B₄C人工晶體單色器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種共濺射制備化合物Mo2C和化合物B4C作為材料組合的人工晶體X光單色器，該單色器包括基底，其上面依次層疊有打底層、共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體及保護層，其中共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體(5)由共濺射Mo2C膜(3)和B4C膜(4)周期性構成。本實用新型采用高熔點、相態(tài)穩(wěn)定的共濺射化合物Mo2C作為多層膜人工晶體的吸收層，制作出共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體用作單色器，克服了單質與B4C等傳統(tǒng)多層膜人工晶體的熱穩(wěn)定性差的缺點。同時，在X光波段的共濺射Mo2C的光學常數(shù)和Mo接近，共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體單色器保持了單質與B4C多層膜人工晶體較好的光學性能。因此，兼顧光學性能和熱穩(wěn)定性，適用于同步輻射光源、X光熒光分析等工作溫度高的X光應用。
【專利說明】
共濺射Mo2C/B4C人工晶體單色器
技術領域
[0001]本實用新型屬于精密光學元件制作領域，尤其是應用于X光波段的分光單色器。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著X射線熒光分析技術得到了越來越廣泛的應用。之前熒光分析光路中所使用的單色器為晶體單色器，這種單色器的通光效率很低，這就使得在材料的熒光分析中，入射到樣品的X射線強度過低，從而無法探測出樣品材料中微小含量的元素。如果在熒光分析中，不使用晶體單色器，而直接使用同步輻射白光照射物體，由于大量雜散光的引入，背底噪聲過大，元素的特征峰信號基本淹沒于噪聲中，依然無法實現(xiàn)微小含量元素的測量。采用基于多層膜人工晶體技術制作色散元件對X光進行分光，實現(xiàn)單色。由兩種材料交替堆疊而成的周期多層膜人工晶體結構具有和晶體相似的光學特性。同時X光多層膜人工晶體還具有一些特殊的性能，人工晶體的帶寬比天然晶體單色器大，通量高，使得多層膜人工晶體的通光效率比晶體單色器大2個數(shù)量級，對于實現(xiàn)微小含量元素的探測具有重要意義。在6.7nm-10nm波段，由于B4C的K吸收邊在6.7nm，以B4C作為間隔層材料，多層膜人工晶體單色器應用于高功率X光下，其熱載荷非常大，使多層膜人工晶體的厚度發(fā)生變化，要求多層膜人工晶體單色器能在高溫的環(huán)境中穩(wěn)定的工作。針對6.7-10nm波段，傳統(tǒng)單色器多是單質金屬/B4C多層膜人工晶體組合，組合的多層膜人工晶體僅在300°C以下保持穩(wěn)定，在300°C以上多層膜人工晶體結構急劇變差，光學性能隨之急劇下降。研究表明在Mo/B4C多層膜人工晶體中，結構雖沒有被破壞，發(fā)現(xiàn)Mo層厚度增大，B4C層變薄，是由于在高溫下，Mo和B4C在界面處發(fā)生反應，生成鉬的化合物，從而使界面混合層厚度增加。在Ru/B4C多層膜人工晶體中，由于熱誘導間隔層擴散而導致的界面的展寬和粗糙度加大最終導致光學性能下降?，F(xiàn)有的B4C基多層膜人工晶體單色器只適用于工作環(huán)境溫度較低的應用，其熱穩(wěn)定性極大限制了它在的應用。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的為了克服現(xiàn)有的7nm附近單質與B4C組合的多層膜人工晶體熱穩(wěn)定性差的缺陷而提出的一種采用共濺射化合物Mo2C取代Mo作為吸收層，共濺射Mo2C/B4C新型多層膜人工晶體單色器。
[0004]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0005]共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體單色器，該單色器由基底、打底層、共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體以及保護層構成。
[0006]上述的基底為單晶硅片(晶向為100)或玻璃。
[0007]上述的打底層鍍制在基底上，材料為金屬Zr，厚度2-3nm，
[0008]上述的共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體鍍制在打底層上，總厚度為3.5-5nm，周期數(shù)為150，共濺射Mo2C層厚度與周期厚度之比為0.4-0.5，
[0009]所述的保護層鍍制在共濺射M02C/B4C周期多層膜人工晶體上，材料B4C,厚度為2nm0
[0010]與現(xiàn)有的單質與B4C多層膜人工晶體相比，共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體單色器引入了共濺射制備此尤的化合物熔點高(約2690°C)，化學性質和物理性質在高溫條件下依然穩(wěn)定，采用共濺射102(:作為多層膜人工晶體的吸收層，解決單質/B4C組合的多層膜人工晶體中單質隨著溫度的上升而發(fā)生的擴散加劇、融合以及化學反應造成的多層膜人工晶體質量下降最終導致光學性能變差的問題。此外，共濺射Mo2C光學常數(shù)和Mo的接近，適合在X光波段，共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體擁有較好的光學性能。因此，共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體單色器兼顧了光學性能和熱穩(wěn)定性的兩方面的優(yōu)點，適用于同步輻射光源和X光熒光分析等重要應用。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為包括共濺射M02CVB4C多層膜人工晶體單色器的結構示意圖；
[0012]圖2為共濺射M02CVB4C多層膜人工晶體單色器的工作示意圖。
[0013]圖中I為基底、2為Zr打底層、3為共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體中的共濺射Mo2C膜層、4為共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體中的B4C膜層、5為共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體，6為B4C保護層。
【具體實施方式】
[0014]下面將結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0015]圖1所示，首先用超光滑的單晶硅片(晶向100)或玻璃作為單色器的基底1，基底粗糙度0.3-0.5nm。然后在基底上鍍制厚度2-3nm的Zr膜層作為打底層2。再在打底層2上交替鍍制共濺射Mo2C膜層3和B4C膜層4以形成共濺射Mo2C/B4C的周期多層膜人工晶體5，周期數(shù)為150，共濺射Mo2C的厚度與周期厚度之比為0.4-0.5，周期多層膜人工晶體5中所鍍制的第一層為共濺射此2(:層，最后一層為B4C層。最后在周期多層膜人工晶體上鍍制厚度為2nm的B4C作為保護層6，即可得到性能優(yōu)異的共濺射Mo2CVB4C的周期多層膜人工晶體單色器。膜層的鍍制均采用直流磁控濺射法，模式為恒功率，工作氣壓ImTorr，膜層鍍制前本底真優(yōu)于lE-4Pa。
[0016]圖2是共濺射M02C/B4C的周期多層膜人工晶體單色器工作示意圖，入射光通過保護層6，共濺射Mo2C/B4C的周期多層膜人工晶體5，打底層2，在每個界面均發(fā)生反射，出射反射光。材料吸收比較小，單色器能獲得比較高的反射率，展現(xiàn)出優(yōu)良的光學性能。另一方面，共濺射Mo2C的性質穩(wěn)定，且共濺射Mo2C^PB4C的界面在高溫的條件下依然能保持穩(wěn)定，不發(fā)生化學反應或嚴重的擴散，即使光能轉化為熱量而引起的溫度上升到600度時，共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體能保持其性能，不影響單色器的正常使用。
[0017]本申請并不局限于本實用新型詳細記載的實施例，本領域技術人員可以對此作出各種變形或修改。但是這些變形或修改只要不背離本實用新型的精神和意圖，仍在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種共濺射M02C/B4C多層膜人工晶體單色器，其特征在于: 該單色器包括基底(I)，其上面依次層疊有打底層(2)、共濺射Mo2CVB4C周期多層膜人工晶體(5)及保護層(6)，其中共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體(5)由共濺射Mo2C膜⑶和B4C膜⑷周期性構成。2.根據權利要求1所述的共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體單色器，其特征在于，所述的基底(I)的材料可為硅片或玻璃。3.根據權利要求1所述的共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體單色器，其特征在于，所述的打底層(2)鍍制在基底(I)上，材料是金屬Zr，厚度為5-10納米。4.根據權利要求1所述的共濺射Mo2C/B4C人工晶體單色器，其特征在于，所述的共濺射M02C/B4C周期多層膜人工晶體(5)鍍制在打底層(2)上，所鍍制的第一層是共濺射如義膜(3)，厚度約為1.75nm，最后一層是B4C膜(4)，厚度約為1.75nm，周期數(shù)為150，總厚度為540納米。5.根據權利要求1所述的共濺射Mo2C/B4C多層膜人工晶體單色器，其特征在于，所述的保護層(6)鍍制在共濺射Mo2C/B4C周期多層膜人工晶體(5)上，材料為B4C，厚度為2-5納米。
【文檔編號】G01J3/26GK205562038SQ201620151163
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月29日
【發(fā)明人】朱京濤, 朱圣明, 金長利, 朱運平
【申請人】蘇州宏策光電科技有限公司