W2fB_2c4_C多层膜制备与表征的分析.pdfVIP

下匕 第一章弟一早 珀绪论 1．1引言 对于所有材料来说，它们在X射线波段的折射率都小于l且非常接近于1，既 X射线不容易发生偏折，且在所有材料表明的全反射临界角都很小。同时，所有材料 对X射线都有吸收这就使常规的单个折射透镜和单层膜反射镜难以在这一波段使 用。多层膜反射镜是实现x射线反射的重要元件之一，是实现X射线波段光学系统 的重要光学元件之一。 X射线多层膜反射镜目前主要应用在X射线天文望远镜和同步辐射装置中，此 外，在X射线测试装置中也有重要应用。我们知道在光学测试中，波长越短，仪器 分辨率越高。X射线波段光波长相比于紫外和可见光短很多，作为光源有利于提高 光学系统的成像分辨率和观测精度，从而可以得到更理想的观测结果。目前，人们 知道的所有分子的复杂结构都是通过分析其X射线衍射图获得的。因此，对该波段 多层膜的研究给科学和技术的发展提供了很多机会，具有重要意义。 w(钨)和B4C(碳化硼)在诸多X射线多层膜的制备材料当中是一种重要的组合。 这是由于W和B4C的物理化学性质非常稳定，相互之间的扩散很小；成膜质量好， 可以制备很小周期的多层膜，尤为重要的是，这两种材料的热稳定性非常高，可以 应用于具有高辐射强度的同步辐射光束线上。 1．2X射线多层膜的发展 在了解x射线多层膜的发展之前，我们先简要介绍一下x射线。1895年11月 8日德国维尔茨堡大学伦琴教授在做阴极射线实验时，发现了X射线，因此也称为伦 琴射线。X射线在物质微观结构的表征中发挥着无可替代的作用，它的发现对物理 学以至整个科学技术都产生了极为深刻的影响。 X射线和普通光一样，是一种电磁波，但具有波长短(小于几个纳米)、光子能 量大、穿透力强等特点。根据X射线穿透能力的不同，X射线分为软X射线和硬X射 线，二者没有严格的分界线，有～部分是重叠的。波长越短能量越大，穿透力越强。 根据爱因斯坦方程很容易得出波长旯与能量E的换算关系为： ，．． ，hc1239．8 ^ ^ 、▲…‘1·1) 以 色=肌=_eA=丁 式中，能量E的单位为eV；波长旯的单位为nm；e为电子电荷；h为普朗克常量； KQ线，其能量约为8．05KEY。 C为光速。例如：波长为0．154nm的Cu 虽然x射线在医学、物理、材料和化学等学科领域中有着广泛的应用，但是由于 它对任何材料的折射率都接近1，无法像可见光那样采用普通的透镜和反射镜来改变 光路，因此大大限制了X射线的应用。X射线晶体衍射现象的发现是人们首次发现的X 射线在大角度入射条件下可以产生偏折的一种方法。20世纪20年代，在X射线晶体衍 射发现后不久，就有人设想并提出用人工方法制备周期厚度为纳米量级的多层膜。 起初X射线多层膜的制备并没有成功，这之后就进入了一个漫长的探索阶段，有很多 首次成功地使用X射线多层膜反射镜进行了X射线成像实验，从而使X射线多层膜技术 开始跨入到应用阶段¨1。到了20世纪90年代后，X射线多层膜的研究进入了一个较 快的发展阶段，同时也取得了不少的成果，这其中最为重要的是美国Lawrence 发现，当Pt在每个周期中厚度小于1．2nm时，其界面粗糙度会迅速上升¨1。而进入 2l世纪后，研究工作则进入了一个新的高度。女12001年，IgorV．Kozhevnikov等人 nm、50入射光的反射率为17．3％‘91，是目前工作于这一波段小角度入射多层膜的最高 反射率。 在我国，X射线多层膜技术的研究起步较晚，发展也比较缓慢。直到八十年代中 期，国内一些单位才开始了相关技术的研究，像长春光机所和上海光机所等开展的 相对比较早。可喜的是，进入21世纪后，我国的X射线多层膜研究进入了一个较快 的发展阶段，取得了不错的成绩。女12003年，同济大学精密光学工程技术研究所制 年制备的X射线超反射镜“嵋等都达到了当时世界先进水平。2005年，长春光机所制 备的X射线反射镜在掠入射角O．5。～0．9。之间不仅反射率达至t40％，而且所测得的 相对反射率光谱曲线也比较平坦¨钉。虽然我国在