В проекте впервые представлен подход к изучению переходных слоев в многослойных рентгеновских зеркалах и разделению вкладов от шероховатости и перемешивания в общую протяженность переходного слоя при совместном применении методов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и рефлектометрии. Проведены детальные исследования многослойных структур на основе Si/[Mo/Si] на 13,5 нм, Si/[Mo/Be] МРЗ на 11,3 нм и Si/[Ru/Pb] на 10 нм без/с барьерными слоями. Оптимальные параметры синтеза определялись путем оценки влияния перемешивания, вызванного осаждением материала, вследствие баллистических столкновений. Разработан подход к раздельному изучению межфазных границ в многослойных структурах.
1. Исследование Si/[Мо/Si] зеркала без/с буферными слоями (Be и B4C) позволило выявить следующие закономерности:
1.1. Установлено формирование на межфазной границе Mo/Si силицида молибдена MoSi2 разной протяженности (0,19±0,05 нм на границе Si-на-Mo и 0,6±0,2 нм на Mo-на-Si границе [S.S. Sakhonenkov et. al., DOI: 10.1039/c9cp04582a]). Асимметричность в наибольшей степени обусловлена механическим проникновением материалов при осаждении и разностью поверхностной свободной энергии между Mo и Si.
1.2. Введение барьерного слоя, в той или иной степени, (в зависимости от материала барьерного слоя, его толщины и расположения) ослабляет взаимодействие соседних слоев [E.O. Filatova et.al., DOI: 10.1039/d0cp05180b]. Установлено, что функциональность барьерного слоя определяется не стабильностью самого барьерного слоя, а стабильностью образующихся соединений.
1.3. Зеркало с конфигурацией Si/[Mo/Be/Si/B4C] имеет наибольшее значение пикового коэффициента отражения 67% (Si/[Mo/Si] отражает 66.1%) на длине волны 13.5 нм.
2. Проведен фазово-химический анализ межслоевых областей многослойного рентгеновского зеркала Si/[Mo/Be]110, подверженного отжигу в широком диапазоне температур в течение одного и четырёх часов [A.U. Gaisin et. al., DOI: 10.1039/d1cp03819b] и установлено:
2.1. С ростом температуры отжига наблюдается увеличение содержания бериллидов молибдена на межфазной границе Mo/Be вплоть до полного перемешивания молибдена с бериллием и образования дибериллида молибдена, что значительно уменьшает отражательную способность зеркала Si/[Mo/Be]110.
2.4. Введение барьерных слоев карбида бора или кремния на границу Be-на-Mo, препятствующих образованию бериллида молибдена MoBe2, приводит к увеличению термической стабильности зеркала с 200°С до 300°С.
3. Ранее развитый нами подход для определения толщин всех слоев, входящих в систему на основе измеренных интенсивностей фотоэлектронных линий был адаптирован к определению протяженности межслоевых областей в многослойных рентгеновских зеркалах [S.S. Sakhonenkov et. al., DOI: 10.1039/c9cp04582a].
4. На основе исследований, проведенных для системы Si/[Mo/Si] были впервые сформулированы начальные условия в подходе к раздельному определению параметров, отвечающих за перемешивание слоев и шероховатость слоев:
- на основе фотоэлектронных спектров определяется состав и протяженность всех слоев, составляющих систему;
- полученные параметры закладываются в модель для описания кривых отражения;
- из моделирования кривых отражения определяется шероховатость слоев.
Данные условия были реализованы для системы Mo/Be.
5. Сделана попытка перехода к расчету распределения атомных концентраций элементов по глубине. Рассмотрение зависимости относительных интенсивностей ФЭС линий от угла эмиссии фотоэлектронов при трех различных энергиях фотонов 1486.6 эВ, 5 кэВ и 10 кэВ и при различных параметрах многослойной структуры Si/[Mo/Si]x/SiO2 позволило выявить следующие закономерности:
• для получения информацию хотя бы от двух периодов многослойной структуры, энергия возбуждающих фотонов должна быть более 3 кэВ, а протяженность первого слоя Si должна быть меньше протяженности Mo;
• при анализе структуры при малых энергиях фотонов поверхностный оксид должен быть менее 2 нм;
• при малых энергиях фотонов при сохранении величины отношения d(Si)/d(Si + Mo) (d – толщина) изменение величины периода не влияет на получаемую картину зависимости относительных интенсивностей.
Был сделан вывод, что традиционная РФЭС с достаточно низкими энергиями возбуждающих фотонов неприменима к многослойным зеркалам для восстановления профилей атомных концентраций из интенсивностей ФЭС линий. Необходимо применение РФЭС высоких энергий (HAXPES).
6. Проведено исследование многослойных структур Ru/BP с/без барьерного слоя (B4C, C) с целью поиска зеркала с максимальным пиковым коэффициентом отражения на 10 нм. Проведена оптимизация номинальной структуры многослойного зеркала Si/[Ru/BP]n с/без барьерного слоя. Установлено, что максимальное значение отражательной способности номинальной структуры Si/[Ru/BP]n - 66,4% - достигается при периоде d=4.755 нм, соотношении толщины поглотителя к периоду γ=0.38±0.01 и количеству периодов более 110. Рассмотрены системы с покровным слоем в двух вариантах Ru (1.6 нм)/RuO2 (2 нм) и Ru (0.8 нм)/RuO2 (2 нм). Показано, что в обоих случаях Rпик не достигает своего значения для номинальной структуры Si/[Ru/BP]110 без покровных слоёв (влияние поверхностного RuO2). Оптимизация структуры Ru/BP с покровным слоем рутения показала, что введение тонкого слоя B4C только на границу BP/Ru, а также на обе границы одновременно (Ru-на-BP и BP-на-Ru) не приводит к увеличению Rпик относительно номинальной структуры зеркала без прослоек и без покровного слоя. При этом введение барьерного слоя B4C только на границу Ru/BP с покровным слоем увеличивает максимум Rпик по сравнению со всеми использовавшимися моделями структуры зеркала Si/[Ru/BP]300 до значения Rпик=67.6%. Использование углерода в качестве барьерного слоя приводит к уменьшению теоретического максимума на 1% по сравнению с барьерным слоем карбида бора. Учитывая, что углерод не образует соединений с рутением, фосфидом бора и продуктами их реакции, использование его в качестве барьерного слоя представляется перспективным.