[发明专利]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

说明书

本发明涉及一种合金CoCr和金属Sb作为膜层材料的极紫外多层膜人工晶体单色器及其制作方法，在超光滑的硅片或玻璃基底上镀制打底层，再交替镀制CoCr、Sb膜层形成CoCr/Sb周期多层膜人工晶体，然后在周期多层膜人工晶体上镀制C或B₄C作为保护层。CoCr，Sb材料在极紫外波段的光学常数合适，CoCr/Sb多层膜人工晶体单色器有优异的光学性能。本发明精确控制CoCr与Sb的膜层厚度比，通过在工作气体中添入氮气减小了多层膜人工晶体的界面粗糙度阻止了膜层之间的相互扩散。利用氮气反应溅射制备的CoCr/Sb多层膜人工晶体单色器适用于荧光检测、等离子体诊断等极紫外波段的应用。

技术领域

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。

发明内容

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；