This thesis treats the reflective and structural properties of multilayer structures. Soft X-ray multilayer mirrors intended as near-normal incidence reflective optics and polarizers in the water window (λ=2.4-4.4 nm) are the main focus. Such mirrors require multilayer periodicities between 1.2-2.2 nm, a large number ~600of multilayer periods (N), and atomically flat interfaces. Bi-metallic multilayers were deposited by dual-target magnetron sputtering on Si(001) Geometrical roughness and intermixing/interdiffusion at the interfaces were investigated in connection with the impact of ion-surface interactions during growth of Cr/Ti, Cr/Sc, and Ni/V multilayers. This was achieved by comparing multilayers grown with or without high-flux low energy (Eion<30 eV) ion assistance. The use of modulated ion assistance resulted in a substantial improvement of interface flatness and abruptness in each of theAb-initio calculations indicate that the stabilization of the amorphous layer structure is due to a lowering of the total energy of the system by eliminating high energy incoherent interfaces between crystalline Sc and Cr. Light element incorporation in Cr/Sc multilayers was investigated through residual gas pressure variation. It is shown that multilayers retain their structural and optical properties within the high vacuum range of 2×10-7-to-2×10-6 Torr. The incorporation of 34 at.% nitrogen at a higher residual gas pressure ( ~2×10-5 Torr) resulted in highly textured understoichiometricx/ScNy multilayers. As a result of nitrogen incorporation, interface widths as small as 0.29 nm, and near-normal incidence reflectivity enhancement (at λ=3.11 nm) by 100 % (compared to pure Cr/Sc multilayers) was achieved. Light element incorporation was also found to be advantageous for the thermal stability of the multilayers. In-situ hard X-ray reflectivity measurements performed during isothermal annealing in thex/ScNy are stable up to 350 °C. As an alternative route to metallic multilayers, single crystal CrN/ScN superlattices, grown by reactive sputtering in N atmosphere onto MgO(001), were also investigated. The superlattice synthesis at 735 °C, resulted in highly abrupt interfaces with minimal interface widths of 0.2 nm. As-deposited superlattices with only 61 periodsλ=3.11 nm as well as very high thermal stability up to 850 °C. / Denna avhandling behandlar syntes, analys, och materialvetenskap rörande så kallade multilagerspeglar för mjuk röntgenstrålning. Speglarna är lämpade som optiska komponenter för instrument såsom röntgenmikroskop i våglängdsområdet 2,4 nm till 4,4 nm, även kallat vattenfönstret. Tack vare de senaste decenniernas stora teknologiska och vetenskapliga framsteg i att framställa mycket intensiva källor för mjuk röntgenstrålning, såsom tex synkrotronljuskällor, frielektronlasrar, och plasmagenererade källor, är det nu tänkbart att utnyttja denna strålning till nya tillämpningar som tidigare inte varit möjliga. Några exempel är; röntgenmikroskopi av biologiska preparat med upplösning ca 1/100 av det som är möjligt med synligt ljus, fotolitografi av Det finns flera stora utmaningar för att lyckas tillverka multilagerspeglar. Först och främst måste man hitta materialkombinationer som ger upphov till reflektion i mellanytorna mellan materialen men som inte samtidigt absorberar all röntgenstrålning. Dessutom måste materialen gå att belägga på varandra i flera hundra tunna lager, vart och ett endast ca 1 nanometer tjockt, med en ytojämnhet om endast några tiondels nanometer. Den absoluta tjockleks precision i varje I det här arbetet har fyra olika typer av multilagerbeläggningar undersökts: krom/titan (Cr/Ti), krom/skandium (Cr/Sc), nickel/vanadin (Ni/V) samt kromnitrid/skandiumnitrid (CrN/ScN). Materialvalen har baserats på teoretiska beräkningar som visat att dessa materialsystem genererar mycket god reflektans i vattenfönstret. Varje kombination av metaller är optimal för en specifik våglängd och de individuella lagertjocklekarna måste optimeras teoretiskt för varje enskilt För Cr/Sc multilager har vi visat att lagren som beläggs har en oordnad, så kallad amorf, struktur mellan metallatomerna som har sitt ursprung i att multilagrets totala energi kan sänkas om mellanytor mellan kristallint Cr och kristallint Sc kan undvikas. Studier av effekterna av kväveupptag hos Cr/Sc multilagerspeglar under sputtringsprocessen har lett till ökad förståelse av materialsystemet. Till exempel har vi visat att kvävet framförallt binder till de inre regionerna av Sc och inte så mycket till Cr-lagren eller i mellanytorna. Med kväve i strukturen har vi gjort speglar som tål höga temperaturer, vilket är av stor betydelse för tillämpningar baserade högintensiva ljuskällor. Så kallade supergitter, dvs multilager
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:liu-11343 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Ghafoor, Naureen |
| Publisher | Linköpings universitet, Tunnfilmsfysik, Linköpings universitet, Tekniska högskolan |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, 0345-7524 ; 1169 |
Page generated in 0.0017 seconds