Si多层膜反射镜的微观结构状态.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61．No．1(2012)016107质子辐照下Mo／Si多层膜反射镜的微观结构状态术关庆丰)2)吕鹏2)王孝东)万明珍)2)顾倩倩)2)陈波)十1)(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，长春130033)2)(江苏大学材料科学与工程学院，镇江212013)(2011年3月21日收到；2011年4月27日收到修改稿)利用透射电子显微镜对质子辐照前后空间太阳望远镜Mo／Si多层膜的微观结构进行了表征，并对其辐照前后反射率的变化进行了测量．研究表明，Mo／Si

2、多层膜经质子辐照后形成了一些缺陷结构，局部区域Mo／Si的周期性遭到破坏，Mo层与Si层的宽度发生了变化，多层膜层与层之间的界面也比辐照前更为粗糙，部分层状结构由于质子辐照发生了明显的扭曲和折断等现象；此外，质子辐照导致了Mo／Si多层膜反射率的下降，这些微观缺陷的形成是光学性能降低的直接诱因．关键词：空间太阳望远镜，Mo／Si多层膜，微观结构，反射率PACS：61．80．—x．61．72．J一1引言此，在原子水平上研究空间辐照对它们微观结构状态的影响成为深入理解辐照条件下Mo／Si多层膜空间极紫外(EUV)太阳望远镜是人

3、类探测太性能变化的一项必不可少的重要手段和关键步骤，空的重要工具之一，主要用来监测和预报影响空间同时也可为提高关键光学器件的抗辐照损伤能力天气变化的太阳活动，专门服务于空间天气预报研提供必要的理论储备．究，提供全日冕、高分辨的成像观测．但随着使用在空间环境下，EUV太阳望远镜中的多层膜时间的增加，在低地球轨道条件下运行的Euv太反射镜工作时几乎完全暴露在外层空间辐照环境阳望远镜成像质量(图像的对比度及均匀性)逐渐下，除来自太阳光子的影响外，还将遭受质子、电下降[1]’关键问题是用于该波段望远镜中的两个关子等高能宇宙射线束的

4、直接辐照．研究表明，质子键光学器件即薄膜滤光片和多层膜反射镜由于空对光学器件的破坏是决定性的[5】_质子束的直接间环境下高能粒子束的辐照损伤效应引起的光学辐照导致太阳望远镜光学性能的退化，进而影响性能的退化[2-4】而造成的．其使役寿命．从材料科学的角度看，高能粒子束的目前EUV太阳成像望远镜广泛使用的多层膜辐照能够对光学器件的微观结构产生破坏，产生各反射镜通常是由Mo和Si交替沉积形成的Mo／Si种类型的缺陷结构，进而改变Mo／Si多层膜的界面多层膜，膜层厚度极小(周期小于10nm)，对表面和状态，造成望远镜成像质量的明

5、显降低[1-4]．有鉴膜层界面要求很高(如界面光滑、没有成分混合现于此，本文采用空间辐照环境模拟技术对Mo／Si多象等)．高能粒子束辐照显然会对这种低维器件的层膜反射镜进行模拟质子辐照，利用透射电子显微微观结构状态产生重要的影响，进而影响它们的使镜(TEM)观察辐照前后Mo／Si多层膜的微观结构役性能．如果仅从物理和力学性能的角度对Mo／Si状态，探讨Mo／Si多层膜微观结构与光学性能的之多层膜反射镜进行研究显然存在着极大的困难，因问的内在联系及演化规律．国家自然科学基金(批准号：10878004，50671042)和应用

6、光学国家重点实验室开放基金资助的课题．tE-mail：bochen2000@yahoo．com．cn⑥2012中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．cT／,0l6107—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．1(2012)016107＼槲苌照后反射率降低了5．7％，说明质子辐照在Mo／Si多该问题有更加深入的了解4结论利用透射电子显微镜(TEM)对质子辐照前后EUV太阳望远镜Mo／Si多层膜的微观结构进行了表征，并对其辐照前后反射率的变化进行了

7、测量．实验结果表明，质子束辐照后，Mo／Si多层膜反射率有明显的降低，峰值位置也会产生移动．微结构分析结果显示，质子辐照后Mo／Si多层膜周期性遭到破坏，且Mo层和si层之间的界面变得粗糙甚至弯波长／nm曲；在某些Mo层区域发生折断，形成岛状结构；此外质子辐照后Mo／Si多层膜还会形成烧蚀和瘤节图8质子辐照前后Mo／Si多层膜的反射率结构．质子辐照诱发的点缺陷和空位簇缺陷结构层膜中形成的各种缺陷结构确实对反射率的降低严重地影响了Mo／Si多层膜中原子的扩散行为和起着重要的作用．但目前我们还不能明确地确定每应力状态，致使Mo

8、／Si多层膜形成了各种微观缺陷，一种缺陷在反射率降低的过程中扮演的角色．这显正是这些微观缺陷的形成导致了Mo／Si多层膜反然需要更为深入、细致的实验和理论工作才能对射镜光学性能的降低．【1]GussenhovenMS，MullonEG1993IEEETrans．Nuc1．Scf．4O彭东晋，李艳，陈波2