Благодаря малой плотности, а как следствие, и малому поглощению практически во всем спектральном диапазоне рентгеновский лучей, бериллий является чрезвычайно перспективным материалом для использования в качестве слабопоглошающего материала для многослойных интерференционных наноструктур в рентгеновском диапазоне и диапазоне экстремального ультрафиолета [1-3]. Более того, впервые было показано, что в диапазоне длин волн выше 17,1 нм Be может действовать и как рассеивающий материал, одновременно обеспечивая рекордные значения пиковых коэффициентов отражения и спектральной селективности [4].
Перспектива использования многослойных зеркал на основе пар Mo/Be и Ru/Be на длине волны 11.2-12.4 нм для нужд нанолитографии и многослойных зеркал Al/Be на длине волны выше 17.1 нм в качестве отражающих элементов космических телескопов для солнечной астрономии привела к возобновлению экспериментальных работ по созданию высоко отражающих многослойных наноструктур на основе бериллия, которые были прекращены в начале столетия во многом из-за высоких санитарных норм при работе с бериллием.
Однако, полученные ранее экспериментально показатели отражения для многослойных зеркал Mo/Be [1], Ru/Be [2] и Аl/Be [4] были существенны далеки от теоретически возможных. Исследователи связывают падение отражательной способности как правило с ростом межслоевой шероховатости и взаимодифузии основных слоев. Для подбора эффективных методов интерфейс инжиниринга требуется детальное исследование состава и протяженности межслоевых областей. Помимо этого, не менее важно исследования стабильности поверхностных областей под действием низкотемпературных процессов окисления и влияния термических процессов на качество интерфейсов во всей структуре.
Традиционные методы изучения состава межслоевой области, как правило, носят разрушающий характер, и поэтому не могут дать полной объективной информации о строении интерфейса. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), являясь неразрушающим методом, позволяет проводить послойный фазовый химический анализ структуры путем изменения угла эмиссии электронов при фиксированной энергии возбуждающих фотонов.
В рамках нашей работы методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии проведено исследование состава модельных систем и многослойных наноструктур Mo/Be, Ru/Be и Al/Be. Показано формирования бериллидов молибдена в зависимости от порядка напыления в многослойных зеркала Mo/Be: MoBe2 на границе Mo на Be, MoBe12 – Be на Mo [5]. Продемонстрировано влияние на состав межслоевой области внесения барьерных слов Si и B4C [6]. Исследована термическая стабильность многослойных структур Mo/Be c и без барьерных слов [7]. В модельных системах Ru/Be обнаружено образование бериллидов рутения. Исследовано влияние на состав введения барьерного слоя молибдена на обеих границах, приводящего к росту отражательной способности зеркал. Проведен анализ влияния низкотемпературных процессов окисления на качество структуры приповерхностных области в многослойных наноструктурах Al/Be.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ №19-72-20125-П. Авторы также выражают свою благодарность Междисциплинарным ресурсным Центрам СПбГУ по направлению "Физические методы исследования поверхности"), "Рентгенодифракционные методы исследования" и НИЦ «Курчатовский институт» (Лабораторный модуль ЭСХА) за проведенные исследования.
1. Montcalm, C., Bajt, S., Mirkarimi, P. B., Spiller, E. A., Weber, F. J., & Folta, J. A. (1998, June). Multilayer reflective coatings for extreme-ultraviolet lithography. In Emerging Lithographic Technologies II (Vol. 3331, pp. 42-51). SPIE.
2. Bajt, S., Behymer, R. D., Mirkarimi, P. B., Montcalm, C., Wall, M. A., Wedowski, M., & Folta, J. A. (1999, November). Experimental investigation of beryllium-based multilayer coatings for extreme ultraviolet lithography. In EUV, X-Ray, and Neutron Optics and Sources (Vol. 3767, pp. 259-270). SPIE.
3. Polkovnikov, V. N., Salashchenko, N. N., Svechnikov, M. V., & Chkhalo, N. I. (2020). Beryllium-based multilayer X-ray optics. Physics-Uspekhi, 63(1), 83..
4. Chkhalo, N. I., Pariev, D. E., Polkovnikov, V. N., Salashchenko, N. N., Shaposhnikov, R. A., Stroulea, I. L., ... & Zuev, S. Y. (2017). Be/Al-based multilayer mirrors with improved reflection and spectral selectivity for solar astronomy above 17 nm wavelength. Thin Solid Films, 631, 106-111.
5. Kasatikov, S. A., Filatova, E. O., Sakhonenkov, S. S., Gaisin, A. U., Polkovnikov, V. N., & Smertin, R. M. (2019). Study of interfaces of Mo/Be multilayer mirrors using X-ray photoelectron spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C, 123(42), 25747-25755.
6. Filatova, E. O., Sakhonenkov, S. S., Kasatikov, S. A., Gaisin, A. U., Fateeva, E. S., Smertin, R. M., & Polkovnikov, V. N. (2020). Effect of insertion of B4C at the interface Mo/Be depending on the film order. The Journal of Physical Chemistry C, 124(41), 22601-22609.
7. Gaisin, A. U., Karataev, A. V., Solomonov, A. V., Pleshkov, R. S., Chkhalo, N. I., & Filatova, E. O. (2021). Effect of annealing on the interface formation in Mo/Be multilayer structures without/with a barrier layer. Physical Chemistry Chemical Physics, 23(41), 23978-23985.
