氮气反应溅射制备Co/Sb多层膜研究

针对"水窗"波段(280~540eV)对多层膜反射镜的应用需求,在Sb的M5吸收边(525.5eV)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%。     

高反射率13nmMo/Si多层膜

采用离子束溅射在不同的工艺参数下制备一系列单层Mo膜、Si膜及多层膜,并用原子力显微镜分析单层膜表面粗糙度及两种材料间的界面扩散.当束流电压超过一定数值时,可避免单层膜的柱状生长;在Mo-on-Si和Si-on-Mo界面中,Mo-on-Si界面扩散对反射率的影响更大.采用X射线衍射仪分析多层膜中Mo、Si材料的晶体结构,均为多晶结构,其中Mo为(110)晶向,Si为(400)晶向.根据上述分析优化工艺参数,获得的13nmMo/Si多层膜反射率达到60%.     

高反射率13nmMo／Si多层膜

采用离子束溅射在不同的工艺参数下制备一系列单层Mo膜、Si膜及多层膜,并用原子力显微镜分析单层膜表面粗糙度及两种材料间的界面扩散.当束流电压超过一定数值时,可避免单层膜的柱状生长;在Mo-on-Si和Si-on-Mo界面中,Mo-on-Si界面扩散对反射率的影响更大.采用X射线衍射仪分析多层膜中Mo、Si材料的晶体结构,均为多晶结构,其中Mo为(110)晶向,Si为(400)晶向.根据上述分析优化工艺参数,获得的13nmMo/Si多层膜反射率达到60%.     

高反射率13nmMo/Si多层膜

采用离子束溅射在不同的工艺参数下制备一系列单层 Mo膜、Si膜及多层膜 ,并用原子力显微镜分析单层膜表面粗糙度及两种材料间的界面扩散。当束流电压超过一定数值时 ,可避免单层膜的柱状生长 ;在 Mo- on- Si和 Si- on- Mo界面中 ,Mo- on- Si界面扩散对反射率的影响更大。采用 X射线衍射仪分析多层膜中 Mo、Si材料的晶体结构 ,均为多晶结构 ,其中 Mo为 ( 1 1 0 )晶向 ,Si为 ( 4 0 0 )晶向。根据上述分析优化工艺参数 ,获得的 1 3nm Mo/Si多层膜反射率达到 60 %。     

氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响

用直流反应磁控溅射法在Si(100)基底上制备了TiN薄膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对其结构和形貌进行了表征,利用四探针测试仪测量了TiN薄膜的方块电阻,使用紫外可见分光光度计测定了薄膜反射率;研究了溅射沉积过程中氩气与氮气流量比对TiN薄膜结构及性能的影响.结果表明:在不同氩气与氮气流量比下,所制备薄膜的主要组成相是(200)择优取向的立方相TiN;随着氩气与氮气流量比的增加,薄膜厚度逐渐增大,而表面粗糙度与电阻率先减小后增大;当氩气与氮气流量比为15:1时,薄膜表面粗糙度和电阻率均达到最小值;TiN薄膜的反射率与氩气与氮气流量比的关系不大.     

反应溅射气体对Ni、Ti薄膜成膜特性的作用机制

反应溅射是降低薄膜表面和界面粗糙度的有效手段。为了研究反应溅射过程中氮气(N2)含量对所制备的Ni、Ti单层膜成膜特性的作用机制,利用掺氮气的反应直流磁控溅射方法制备了Ni和Ti的单层膜样品。首先,采用X射线光电子能谱(XPS)方法测量了Ni和Ti单层膜样品的组分。其次,基于样品的组分测量结果,结合X射线掠入射反射(XRR)方法对样品的厚度和表面粗糙度进行了测量与分析。实验结果表明,随着反应溅射中氮含量的增大,Ti膜的沉积速率呈现快速降低后迅速趋于缓慢变化的趋势,而Ni膜的沉积速率几乎没有变化,Ni膜和Ti膜的表面粗糙度都呈现先减小再增大的趋势,且在氮的含量为8%的条件下,表面粗糙度达到最小值。     

极紫外Mg/SiC、Mg/Co多层膜的稳定性

采用磁控溅射法在Si(100)基底上镀制了膜系结构分别为[Mg/Co]20、[Mg/SiC]20的两组多层膜,以研究Mg基多层膜的稳定性.对放置在室温和80％相对湿度环境下的样品进行显微镜、表面粗糙度和X射线掠入射反射率测试,对比研究了Mg/Co和Mg/SiC两种多层膜结构在相同环境中的损坏状况.对比结果显示:放置4天后,Mg/SiC损坏面积为26.34％,表面粗糙度为10 nm; Mg/Co的损坏面积为2.78％,表面粗糙度为5 nm.6天后,X射线掠入射反射率测量显示Mg/SiC多层膜一级反射峰完全消失,而Mg/Co多层膜的一级反射峰仍有47.63％的反射率.实验表明,Mg/Co多层膜的表面层和内部多层膜结构的损坏速度较Mg/SiC慢,具有较好的环境稳定性.另外,X射线光电子谱(XPS)测试Mg基多层膜损坏后的产物主要为MgCO3、Mg(OH)2和少量的MgO,且内层Mg(OH)2与MgCO3含量的比值显著高于表面层.分析认为,水汽是造成Mg基多层膜损坏的主要原因,今后Mg基多层膜保护层的研究可主要针对如何防止水汽进入膜层.     

沉积温度对磁控溅射Ti/TiN多层膜光学和电学性能的影响

采用直流反应磁控溅射法于不同温度下在Si(111)基底上制备了Ti/TiN多层膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对膜的物相和表面形貌进行了分析,研究了沉积温度对膜结构及其光学、电学性能的影响。结果表明:不同沉积温度下制备的Ti/TiN多层膜均由钛和TiN相组成,多层膜与单层TiN膜一样,其表面粗糙度随沉积温度的升高而减小,电阻率随沉积温度的升高显著降低;其表面形貌则比单层膜更加致密和均匀;多层膜红外反射率与其电阻率有关,当电阻率减小时,红外反射率增大。     

NiC/Ti中子多层膜的微结构和界面研究

NiC/Ti中子超镜是一种高性能的中子多层膜光学元件,是提升中子导管、聚焦装置等中子光学系统的中子利用率的关键之一。为了提升NiC/Ti中子超镜的性能,本文面向具有不同厚度NiC膜层的NiC/Ti多层膜,分别采用X射线掠入射反射和X射线衍射的方法表征了NiC/Ti多层膜的膜层厚度、界面粗糙度和膜层晶向结构。研究结果表明:随着NiC膜层厚度的增长,除了在较小尺度(≤2.5nm),NiC-on-Ti界面的粗糙度基本保持不变;而Ti-on-NiC界面的粗糙度却呈现出较大的变化。具有不同厚度的NiC膜层的NiC/Ti多层膜的界面粗糙度呈现不对称性的变化,主要原因在于NiC膜层的微结构随着膜层厚度的增长而产生了变化。     

eXTP望远镜用W/Si多层膜

针对增强型X射线时变与偏振探测卫星(eXTP)项目中嵌套式聚焦成像望远镜对柱面镜片上W/Si多层膜的要求,在掠入射角为0.5°,工作波段为1~30keV条件下,设计了非周期W/Si多层膜并优化了薄膜制备工艺。首先,利用分隔板和掩模板对溅射粒子进行准直,同时优化了本底真空度和溅射工作气压,提升了薄膜的成膜质量;然后,通过调整分隔板间距和公转速率提升了在柱面基底上薄膜的沉积均匀性;最后,利用幂指数算法设计了非周期多层膜,并在北京同步辐射光源上进行了多能点反射率测试,得到了与理论设计基本吻合的测试结果。基于优化的制备工艺制备了周期数为80,周期为3.8nm和W膜层厚度占比为0.47的W/Si周期多层膜,其界面粗糙度仅为0.29nm,柱面镜薄膜厚度误差可控制在3%以内,基本满足了eXTP项目中嵌套式掠入射望远镜镜片用多层膜对于成膜质量、沉积厚度均匀性和能谱响应宽度的需求。     

类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜的研制

设计并制备了工作波长为4.48 nm类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜。选择C r/C、C r/Sc为多层膜材料对,模拟了多层膜非理想界面对多层膜反射率的影响。采用直流磁控溅射技术在超光滑硅基片上制备了C r/C、C r/Sc多层膜。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国Bessy II同步辐射上测量了多层膜的反射率,C r/C,C r/Sc多层膜峰值反射率分别为7.50%,6.12%。     

X射线超反射镜的设计与制备

介绍了一种可用于X射线成像望远镜中的高能X射线反射元件的设计和制备。结合Spiller和Yamamoto方法选择了W、C作为膜层材料,用Yamshita设计方法给出初始膜系,经单纯形调优算法设计出掠入射角为8.7mrad时,对波长范围在0.0475nm～0.0886nm范围内的X射线计算反射率达21%宽波段X射线超反射镜。样品采用高精度磁控溅射方法制备,并用X射线衍射仪(XRD)测得在8.7mrad～15.7mrad内反射率为15%左右。     

Ni80Cr20合金薄膜制备影响因素的试验研究

利用直流磁控溅射的方法制备Ni80Cr20合金薄膜,以氩气流量、氩气工作压强、溅射功率作为三因素进行正交试验,在溅射时间相同的条件下分别测试了薄膜厚度、表面粗糙度、电阻率并进行了极差分析。分析结果表明:在一定范围内,氩气工作压强与溅射功率对薄膜厚度的影响较大;在氩气工作压强为3.0Pa时,薄膜厚度与溅射功率近似成正比关系;随着氩气流量的增大,Ni80Cr20薄膜厚度呈现先增大后减小的趋势;在氩气流量为50cm~3/min时,薄膜厚度达到最大值;各因素对薄膜表面粗糙度及电阻率影响不明显。     

A fuzzy logic predictive model for better surface roughness of Ti–TiN coating on AL7075-T6 alloy for longer fretting fatigue life

In this study, the fretting fatigue resistance of AL7075-T6 alloy is investigated using surface treatment Ti–TiN multilayer coating by physical vapor deposition (PVD) magnetron sputtering technique. A fuzzy logic model was established to forecast the surface roughness of Ti–TiN coating on AL7075-T6 with respect to changes in the input process parameters of DC power, temperature, DC bias voltage, and nitrogen flow rate. The results indicate an agreement between the fuzzy model and experimental results with 95.349% accuracy. The fretting fatigue lives of Ti–TiN-coated specimens with the lowest surface roughness resulting from fuzzy logic were enhanced by 18% at low cyclic fatigue, while at high cyclic fatigue the result was reversed.     

Co/Mo2C多层膜热稳定性及界面特性研究

为研究多层膜反射镜的热稳定性,设计制备了工作在778eV处的Co/Mo2C多层膜,研究了多层膜在退火实验中的热稳定性及界面结构的变化。通过X射线反射测试表征及拟合退火前后多层膜的结构信息,并用X射线衍射表征多层膜退火过程中膜层晶相结构的变化。结果表明,多层膜的界面质量较好,未退火样品处于无定形态。在退火过程中,周期厚度变化小,多层膜的热稳定性优异。随着退火温度的升高,在Mo2C-on-Co界面处,Co从Co-C混合区域中析出生成Co3Mo晶粒,界面扩散程度加大,从而Co-on-Mo2C界面的热稳定性要优于Mo2C-on-Co界面。     

磁控溅射Ni56Mn27Ga17合金薄膜的光学反射特性研究

Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金薄膜是非常有用的多功能材料,为考察其光学反射特性,采用磁控溅射技术在单晶硅衬底上沉积了Ni56Mn27Ga17合金薄膜,并对其表面形貌和光学反射特性进行研究。研究结果表明,薄膜的表面粗糙度随退火温度的升高而增大;在300～800nm波长范围内,薄膜反射率均随波长的减小而降低,且薄膜整体谱线范围内的反射率随退火温度的升高而降低。     

ECR结合磁控溅射——制备DLC薄膜的新方法

介绍了新型的结合电子回旋共振(ECR)微波等离子体气相沉积与磁控溅射镀膜特点的ECR-650型镀膜系统,并利用该系统通过溅射石墨靶和金属钛靶在不锈钢基底上制备了具有Ti/TiNx/TiNxCy中间层结构的C薄膜。由于镀膜工艺问题,得到的薄膜主要由石墨构成。研究了制备时不同的气压和氩气分压对薄膜表面形貌、硬度等的影响。     

离子束辅助磁控溅射沉积铬-铜-氮薄膜的结构与性能

应用低能离子束辅助磁控溅射（IBAMS）沉积铬-铜-氮薄膜,研究了铜含量和轰击能量对薄膜结构、硬度和断裂韧度的影响。结果表明：在相同的轰击能量（400eV）下,铜含量对薄膜结构和硬度的影响不明显,但是铜的加入有利于提高薄膜的断裂韧度;离子辅助轰击能量从400eV增加到800eV时薄膜的结构发生了显著变化,断裂韧度和硬度均大幅度提高。