Структура і фазовий склад багатошарових рентгенівських зеркал W-Si
Анотація
Методами рентгенівської дифрактометрії в жорсткій області (l~0,154 нм) досліджена фазова структура, склад і будова багатошарових рентгенівських дзеркал (БРД) W/Si з товщиною шарів вольфраму tW<10 нм, отриманих методом прямоточного магнетронного розпилення. Досліджено дві серії зразків, виготовлених з різними швидкостями осадження вольфраму, які відрізняються приблизно в 4 рази: ~0,60 і ~0,15 нм/с. Показано, що при товщині tW>2,7 нм шари вольфраму мають полікристалічну (ОЦК) структуру, а при tW<1,9 нм вони аморфні. За допомогою sin2Y-методу встановлено, що в тонких кристалічних шарах вольфраму (tW<10 нм) може міститися більше 3 ат.% Si. Розтягувальні напруження в шарах кристалічного вольфраму не перевищують 1,1 ГПа. Побудова функцій радіального розподілу атомів дозволило встановити, що аморфні шари вольфраму мають розташування атомів, близьке до b-W. У всіх зразках за рахунок взаємодії на міжфазних межах спостерігається формування силіцидних прошарків, в результаті чого реальна товщина шарів вольфраму менше номінальної. Аморфні силіцидні прошарки, які обов'язково формуються на стадії виготовлення МРЗ, містять дисиліцид вольфраму. Залежно від швидкості осадження дисиліцид може мати розташування атомів, близьке або до тетрагональної фази, t-WSi2 (~0,6 нм/с.), або до гексагональної фази, h-WSi2 (~0,15 нм/с.). Представлена уточнена модель будови аморфних БРД W/Si. Запропоновано механізми формування силіцидних прошарків, згідно з якими нижні силіцидні прошарки (W-на-Si) формуються переважно за рахунок балістичного перемішування атомів вольфраму і кремнію, а верхні - внаслідок дифузійного перемішування. Зроблено оцінку коефіцієнтів взаємної дифузії, які дозволили встановити, що при осадженні поверхня шарів може бути розігріта, щонайменше, на 250° вище температури підкладки. Запропоновано шляхи зниження міжфазної взаємодії.
Завантаження
Посилання
Uspenskii Yu., Burenkov D., Hatano T. and Yamamoto M. Optimal design of multilayer mirrors for Water-Window microscope optics // Opt. Rev. - 2007. - Vol. 14. - P.64-73.
Artyukov I., Bugayev Ye., Devizenko O., Gullikson E., Kondratenko V. and Vinogradov A. X-ray Schwarzschild objective for the carbon window (~4.5 nm) // Opt. Let. - 2009. - Vol. 34. - P.2930-2932.
Mojarad N., Gobrecht J. and Ekinci Y. Beyond EUV lithography: a comparative study of efficient photoresists' performance // Scientific Reports. - 2015. - Vol. 5. - 9235.
Spiller E. Recent advances in x-ray optics // Proc. SPIE: Laser-Generated, Synchrotron, and Other Laboratory X-Ray and EUV Sources, Optics, and Applications II / Ed. by G.A. Kyrala et al. - San Diego, California, 2005. - Vol. 5918. - 591806.
Singh K.P. Grazing incidence optics for X-ray astronomy // Journal of Optics. - 2011. - Vol. 40. - P.88-95.
Heilmann R.K., Ahn M., Gullikson E.M., and Schattenburg M.L. Blazed high-efficiency x-ray diffraction via transmission through arrays of nanometer-scale mirrors // Optics Express. - 2008. - Vol. 16. - P.8658-8669.
Wang Y., Yun W. and Jacobsen C. Achromatic Fresnel optics for wideband extreme-ultraviolet and X-ray imaging // Nature. - 2003. - Vol. 424. - P.50-53.
Braun S., Gawlitza P., Menzel M., Leson A., Mertin M., Schäfers F. Reflectance and Resolution of Multilayer Monochromators for Photon Energies from 400 – 6000 eV // Synchrotron Radiation Instrumentation: 9th International Conference / Ed. by J.-Y. Choi et al. - Daegu, Korea, 2006. - P.493-496.
Kuki M., Uemura T., Yamaguchi M., Harada T., Watanabe T., Muramatsu Y., and Kinoshita H. Development of high-reflective W/Si diffraction grating for the analysis of fluorine materials. // Journal of Photopolymer Science and Technology. - 2015. - Vol. 28. - P.531-536.
Windt D.L., Christensen F.E., Craig W.W., Hailey C., Harrison F.A., Jimenez-Garate M., Kalyanaraman R., and Mao P.H. Growth, structure, and performance of depth-graded W/Si multilayers for hard x-ray optics // Journal of Applied Physics. - 2000. - Vol. 88. - P.460-470.
Sell B., Sanger A., Schulze-Icking G., Pomplun K., Krautschneider W. Chemical vapor deposition of tungsten silicide (WSi ) for high aspect ratio applications // Thin Solid Films. - 2003. - Vol. 443. - P.97–107.
Pauleau Y., Dassapa F.C., Lami Ph., Oberlin J.C., and Romagna F. Silicide formation in metal/Si structures and diffusion barrier properties of CVD tungsten films // Journal of Material Research. - 1989. - Vol. 4. - P.156-162.
Wang M.T., Lin Y.C., Lee J.Y., Wang C.C., and Chen M.C. Thin-Film Properties and Barrier Effectiveness of Chemically Vapor Deposited Amorphous WSix Film // J. Electrochem. Soc. - 1998. -Vol. 145. - P.4206-4211.
Backhouse C.J., Este G., Sit J.C., Dew S.K., and Brett M.J. WSix thin films for resistors // Thin Solid Films. - 1997. - Vol. 311. - P.299-303.
Fujimura N., Tachibana S., Ito T., and Hosokawa N. Structural control of nonequilibrium WSi2.6 thin films by external stress // Journal of Applied Physics. - 1993. - Vol. 73. - P.733-739.
Tung B.T., Dao D.V., Toriyama T., Sugiyama S. Measurement of mechanical and thermal properties of co-sputtered WSi thin film for MEMS applications // Microsystem Technologies. - 2010. - Vol. 16. - P.1881-1886.
Divochiy A., Marsili F., Bitauld D., Gaggero A., Leoni R., Mattioli F., Korneev A., Seleznev V., Kaurova N., Minaeva O., Gol’tsman G., Lagoudakis K.G., Benkhaoul M., Levy F. and Fiore A. Superconducting nanowire photon-number-resolving detector at telecommunication wavelengths // Nature Photonics. - 2008. - Vol. 2. - P.302-306.
Marsili F., Verma V.B., Stern J.A., Harrington S., Lita A.E., Gerrits T., Vayshenker I., Baek B., Shaw M.D., Mirin R.P. and Nam S.W. Detecting single infrared photons with 93% system efficiency // Nature Photonics. - 2013. - Vol. 7. - P.210-214.
Lukovic J., Zagorac D., Schön J.C., Zagorac J., Jordanov D., Volkov-Husovic T., and Matovic B. // Tungsten Disilicide (WSi2): Synthesis, Characterization, and Prediction of New Crystal Structures. - 2017. - Vol. 643. - P.2088-2094.
Stoetzel J., Schneider T., Mueller M.M., Kleebe H.-J., Wiggers H., Schierning G., Schmechel R. Microstructure and thermoelectric properties of Si-WSi2 nanocomposites // Acta Materialia. – 2017. - Vol. 125. - P.321-326.
Koch F. and Bolt H. Self passivating W-based alloys as plasma facing material for nuclear fusion // Phys. Scr. - 2007. – Vol. T128. - P.100-105.
Металлические стёкла. - Вып. 2. - Атомная структура и динамика, электронная структура, магнитные свойства (Пер. с англ.) / Под ред. Бека Г. и др. – М: Мир, 1986. - 456 с.
International Centre for Diffraction Data (JCPDS), PCPDFWIN #040806, 2000.
Bajt S., Stearns D.G., Kearney P.A. Investigation of the amorphous-to-crystalline transition in Mo/Si multilayers // Journal of Applied Physics. - 2001. - Vol. 90. - P.1017-1025.
Andreev S.S., Gaponov S.V., Gusev S.A., Haidl M.N., Kluenkov E.B., Prokhorov K.A., Polushkin N.I., Sadova E.N., Salashchenko N.N., Suslov L.A., Zuev S.Yu. The microstructure and X-ray reflectivity of Mo/Si multilayers // Thin Solid Films. - 2002. - Vol. 415. - P.123-132.
Zubarev E.N., Kondratenko V.V., Pershyn Yu.P., Sevryukova V.A. Growth and crystallization of molybdenum layers on amorphous silicon // Thin Solid Films. - 2011. - Vol. 520. - P.314-319.
Krüger M., Franz S., Saage H., Heilmaier M., Schneibel J.H., Jehanno P., Boning M., and Kestler H. Mechanically alloyed Mo–Si–B alloys with a continuous a-Mo matrix and improved mechanical properties // Intermetallics. - 2008. - Vol. 16. - P.933-941.
Диаграммы состояния двойных металлических систем. - Справочник, Том 3 / Под ред. Н.П. Лякишева. - Москва: Машиностроение, 2000. - 448 с.
Gautier J., Delmotte F., Bridou F., Ravet M.F., Varniere F., Roulliay M., Jerome A., Vickridge I. Characterization and optimization of magnetron sputtered Sc/Si multilayers for extreme ultraviolet optics // Appl. Phys. A. - 2007. - Vol. 88. - P.719-725.
Першин Ю.П., Девизенко А.Ю., Мамон В.В., Чумак В.С., Кондратенко В.В. Структура, фазовый состав и модель роста аморфных многослойных рентгеновских зеркал W-Si, изготовленных методом магнетронного распыления // Журнал физики и инженерии поверхности. - 2016. - Том. 1, № 1. - С.27-41.
Pinegyn V.I., Zubarev E.N., Kondratenko V.V., Sevryukova V.A., Yulin S.A., Feigl T., Kaiser N. Structure and stressed state of molybdenum layers in Mo/Si multilayers // Thin Solid Films. - 2008. - Vol. 516. - P.2973-2980.
International Centre for Diffraction Data (JCPDS), PCPDFWIN #441055; 2000.
Мальцев В.М. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1970. - 364 с.
Morcom W.R., Worrell W.L., Sell H.G., and Kaplan H.I. The Preparation and characterization of -Tungsten, a metastable tungsten phase // Metallurgical transactions. - 1974. - Vol. 160. - P.155-161.
Doland C.M. Molybdenum silicide formation on single crystal, polycrystalline and amorphous silicon: growth, structure and electrical properties // Dissertation for the PhD degree. - Houston: University of Houston-University Park, 1988. - 332 p.
Jarrige I., Capron N., and Jonnard P. Electronic structure of Ni and Mo silicides investigated by X-ray emission spectroscopy and density functional theory // Physical review. - 2009. - Vol. 79. - 035117.
Fujiwara H., Ueda Y., Awasthi A., Krishnamurthy N., Garg S.P. Determination of the standard free energies of formation for tungsten silicides by EMF measurements using lithium silicate liquid electrolyte // Journal of Alloys and Compounds. - 2005. - Vol. 391. - P.307-312
Pretorius R. Prediction of silicide formation and stability using heats of formation // Thin Solid Films. - 1996. - Vol. 290-291. - P.477-484.
http://www.srim.org/SRIM/SRIMLEGL.htm
Largeron C., Quesnel E. and Thibault J. Interface growth mechanism in ion beam sputtering-deposited Mo/Si multilayers // Philosophical Magazine. - 2006. - Vol. 86. - P.2865-2879.
De Luca A., Portavoce A., Texier M., Grosjean C., Burle N., Oison V., and Pichaud B. Tungsten diffusion in silicon // J. Appl. Phys. - 2014. - Vol. 115. - P.013501.
Shaginyan L.R., Han J.G., Shaginyan V.R., Musil J. Evolution of film temperature during magnetron sputtering // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2006. - Vol. 24. - P.1083-1090.
Ш. Мьюрарка Силициды для СБИС. - М: Мир, 1986. - 176 с.
Pershyn Y.P. , Gullikson E.M., Kondratenko V.V., Mamon V.V., Reutskaya S.A., Voronov D.L., Zubarev E.N., Artyukov I.A., and Vinogradov A.V. Effect of working gas pressure on interlayer mixing in magnetron-deposited Mo/Si multilayers // Optical Engineering. - 2013. - Vol.52. - P.095104.
Windt D.L., Hull R., and Waskiewicz W.K. Interface imperfections in metal/Si multihyers // J. Appl. Phys. - 1992. - Vol. 71. - P.2675-2678.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
