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软X射线多层膜膜厚分布均匀性控制研究

作　者: 林炳
导　师: 曹健林
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学
关键词: 软X射线离子束溅射多层膜反射镜挡板补偿技术均匀性控制
分类号: O484.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

软X射线具有与物质相互作用强的特点，在分析物质基本结构有着非常诱人的应用前景。随着软X射线超薄膜制备技术的不断发展，软X射线多层膜反射镜已在多个领域中投入研究与应用，如天文学、生物医学显微镜、极紫外投影光刻技术、X射线激光、高温等离子体诊断等等。多层膜系用于成像光学系统时，周期厚度分布的不均匀性将会破坏光学元件原始加工面形精度，导致成像质量的下降。本文主要针对工作波长为17.1nm的X射线空间望远镜中的主镜与次镜的膜厚分布均匀性进行控制，其中主镜直径为130mm，曲率半径为7.5m。围绕软X射线多层膜均匀性分布的控制技术，我们介绍了多层膜的发展概况、自行编程对多层膜性能进行模拟计算、采用离子束溅射镀膜法制备薄膜和对制备样品进行了检测等。特别地，我们设计并应用膜厚挡板补偿技术控制多层膜的膜厚分布，将膜厚分布非均匀性从4.5％减小到2％，周期厚度绝对差值控制在0.18nm以内，并且制备得实际多层膜样品在中心波长17.1nm处实测反射率达到35％,达到实用水平。

全文目录

第一章绪论  10-13
  1．1 软X射线多层膜的发展概况  10
  1．2 软X射线多层膜的应用  10-12
    1．2．1 X射线太阳望远镜  11
    1．2．2 X射线显微镜  11
    1．2．3 极紫外投影光刻  11-12
    1．2．4 X射线激光  12
  1．3 课题研究背景  12-13
第二章软X射线多层膜理论基础  13-23
  2．1 软X射线与物质的相互作用  13-15
    2．1．1 原子散射因子  13-14
    2．1．2 软X射线波段的光学常数  14-15
  2．2 多层膜反射理论  15-23
    2．2．1 软X射线在理想多层膜系中的反射  15-18
    2．2．2 软X射线在非理想膜系中的反射  18-23
      1）散射理论  18-20
      2）散射场  20-21
      3）非理想界面的Fresnel反射系数  21-23
第三章多层膜性能模拟计算  23-41
  3．1 反射率随波长变化  23-25
  3．2 反射率随入射角变化  25-27
  3．3 多层膜反射率随界面宽度的变化  27-30
  3．4 多层膜反射率随膜层数的变化  30-34
  3．5 中心波长处反射率随膜层结构比的变化  34-35
  3．6 峰值波长随周期厚度的漂移  35-36
  3．7 反射与透射特性（偏振特性）  36-37
  3．8 多层膜表面刻蚀以提高面形精度的模拟计算  37-40
  3．9 小结  40-41
第四章多层膜均匀性挡板的设计  41-46
  4．1 多层膜均匀性概述  41
  4．2 膜厚分布理论  41-42
  4．3 挡板的设计  42-45
  4．4 小结  45-46
第五章多层膜反射镜的制备  46-63
  5．1 材料的选择  46-51
  5．2 离子束溅射理论基础  51-57
    5．2．1 软X射线多层膜的镀制方法简介  51
      1）电子束蒸发（EB）  51
      2）磁控溅射（MS）  51
      3）离子束溅射（IBS）  51
    5．2．2 溅射基本原理  51-53
    5．2．3 溅射阈和溅射率  53-54
    5．2．4 溅射粒子的速度和能量  54
    5．2．5 溅射速率和沉积速率  54-55
    5．2．6 离子束溅射原理  55-57
  5．3 多层膜制备工艺  57-60
    5．3．1 靶与样品的间距  57
    5．3．2 本底真空度  57-58
    5．3．3 基片  58-60
    5．3．4 工作气体流量  60
    5．3．5 靶材料的纯度  60
    5．3．6 其它参数  60
  5．4 多层膜沉积速率定标实验  60-61
  5．5 正式样品的制备  61-63
第六章多层膜反射镜检测方法与结果  63-75
  6．1 引言  63
  6．2 软X射线反射率测量  63-64
  6．3 硬X射线反射率测量  64-67
    6．3．1 X射线衍射仪检测多层膜结构的原理  64
    6．3．2 测量条件  64-65
    6．3．3 数据分析  65-66
    6．3．4 误差分析  66-67
  6．4 实验结果  67-74
    6．4．1 自转圆周均匀性  67-69
    6．4．2 小角衍射仪测量结果  69-71
    6．4．3 空间分布均匀性检测结果  71-73
    6．4．4 X射线太阳望远镜主镜与次镜  73-74
    6．4．5 软X射线反射率计测量结果  74
  6．5 小结  74-75
第七章总结与展望  75-76
  7．1 论文内容  75
  7．2 研究成果  75
  7．3 本文的创新点  75
  7．4 展望  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
作者简历  80

软X射线多层膜膜厚分布均匀性控制研究

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